Вехи развития отдела

Здесь нам следует начать с того, что в течение 1964−1996 гг. в НИПКИ «Молния» НТУ «ХПИ» на его экспериментальной базе (п. Андреевка, Харьковской обл.) на основе высоковольтных генераторов импульсных напряжений (ГИН) и токов (ГИТ) с мощными емкостными накопителями энергии с участием сотрудников отдела ЭМИ были созданы уникальные испытательные электрофизические установки типа ИЭМИ-10 (рис. 1), ГИНТ-1,6-5 (рис. 2) и ГИНТ-12-30 (рис. 3), предназначенные для проведения комплексных исследований поведения различных технических объектов (например, радиоэлектронной и электротехнической аппаратуры) в условиях воздействия на них мощных электромагнитных помех (МЭМП) естественного (токи и поля молнии) и искусственного (токи и поля электроустановок сверхвысокого напряжения) происхождения. Активное участие в создании этого и подобного испытательного электрооборудования в области ВИТ внесли такие ученые и специалисты института как: к.т.н. Фертик С.М., к.т.н. Конотоп В.В., к.т.н. Нескородов Г.Ф., к.т.н. Гладков В.С., к.т.н. Пекарь И.Р., к.т.н. Колиушко Г.М., к.т.н. Коробко А.И., д.т.н. Баранов М.И., д.т.н. Рудаков В.В., д.т.н. Бойко Н.И., к.т.н. Науменко А.А., к.т.н. Губарев Г.Г., к.т.н. Хворост В.Ю., к.т.н. Игнатенко Н.Н., Бочаров В.А., Климов О.Л., Колобовский А.К., Игнатов В.А., Золотых В.И., Зиньковский В.М., Солдатенко Л.Г., Круглик Н.И., Козлов А.Е., Немченко Ю.С., Зябко Ю.П., Тур А.Н., Цехмистро В.Л. и др.

Рис. 1. Общий панорамный вид отечественной среднегабаритной высоковольтной испытательной электрофизической установки ИЭМИ-10 (фото 2008 г., характеристики генерируемых электромагнитных полей этой установкой указаны в приведенной ниже табл. 1)

В 2001 году указанные выше испытательные электроустановки сверхвысокого напряжения и больших импульсных токов нашего института вошли в Международный реестр уникального высоковольтного испытательного электрофизического оборудования мира (IEC 61000-4-32). С помощью этого высоковольтного испытательного электрофизического оборудования за прошедшие десятилетия в НИПКИ «Молния» НТУ «ХПИ» были успешно проведены комплексные электромагнитные испытания более 3000 наименований технических изделий различного гражданского и военного назначения на электромагнитную совместимость и стойкость к дестабилизирующему и поражающему воздействию МЭМП с широким диапазоном изменения амплитудно-временных параметров их основных характеристик, приведенных в табл. 1.

Рис. 2. Внешний вид отечественной малогабаритной высоковольтной испытательной электрофизической установки ГИНТ-1,6-5 (фото 2008 года, характеристики генерируемых электромагнитных полей этой установкой указаны в прилагаемой табл. 1)

Рис. 3. Внешний вид отечественной крупногабаритной высоковольтной испытательной электрофизической установки ГИНТ-12-30 (фото 2008 г., характеристики генерируемых электромагнитных полей этой уникальной установкой указаны в прилагаемой табл. 1)

Таблица 1. Технические характеристики основных высоковольтных испытательных электроустановок отдела ЭМИ НИПКИ “Молния” НТУ “ХПИ”

В настоящее время указанные высоковольтные испытательные электроустановки типа ИЭМИ-10, ГИНТ-1,6-5 и ГИНТ-12-30, размещенные на экспериментальной базе института, ставшей в 1999 году объектом национального достояния Украины, усилиями сотрудников отдела ЭМИ не только поддерживаются в рабочем состоянии, но и определенным образом модернизируются. Так, в период 2011-2012 гг. на основе высоковольтных объектов и генератора ГИНТ-4/1 испытательного комплекса ИЭМИ-10 для потребностей отечественной электроэнергетики был создан опытный образц уникальной установки для формирования по требованиям действующего межгосударственного ГОСТ 1516.2-97 стандартного апериодического коммутационного импульса напряжения со следующими техническими характеристиками: время подъема импульса напряжения =(250±50) мкс; длительность полуспада импульса напряжения =(2500±750) мкс; масимальное значение напряжения импульса =(2±0,2) МВ; эквивалент электрической нагрузки − воздушный промежуток «стержень-плоскость» длиной до 5 м.

В 2014 году силами сотрудников отдела ЭМИ на экспериментальной базе института в соответствии с действующими на сегодня жесткими требованиями международного стандарта IEC 62305-1-2010 был создан и введен в опытную эксплуатацию уникальный генератор тока искусственной молнии типа ГИТМ-10/350, способный формировать на низкоомной (до 0,1 Ом) и малоиндуктивной (до 1,5 мкГн) электрической нагрузке электроэнергетического характера нормированные апериодические импульсы тока первого короткого удара линейной молнии временной формой /=10 мкс/350 мкс и амплитудой =±(200±20) кА, где ,  − соответственно длительность фронта на уровне (0,1-0,9) и длительность на уровне 0,5 токового импульса искусственной молнии с соответствующими нормированными допусками на его амплитудно-временные параметры.

На наш взгляд, здесь важно подчеркнуть преемственность поколений сотрудников, трудившихся в нашем институте в области техники высоких напряжений. Так, например, заложенные в секторе ГИН института нашими предшественниками, и прежде всего его руководителем к.т.н. Пекарем И.Р., научно-технические традиции по разработке и созданию высоковольтной импульсной техники были в дальнейшем успешно продолжены сотрудниками отдела ЭМИ (рис. 4). Так, в 2006 году сотрудниками данного отдела НИПКИ «Молния» НТУ «ХПИ» был создан передвижной ГИН этажерочного типа на номинальное напряжение 1,2 МВ (ГИН-1,2) со следующими техническими характеристиками: выходное рабочее электрическое напряжение – 1 МВ; емкость в “ударе” – 20,8 нФ; запасаемая электрическая энергия – 15 кДж; собственная индуктивность – 6 мкГн; активное сопротивление низкоиндуктивных демпфирующих резисторов – 48 Ом. Данный мегавольтный генератор ГИН-1,2 высотой 3 м с низкой погонной индуктивностью (до 6 мкГн/МВ), приведенный на прилагаемом рис. 5, построен по классической высоковольтной электрической схеме Аркадьева − Маркса и предназначен для генерирования на испытываемом техническом объекте (например, на высоковольтном опорном изоляторе) стандартных (согласно требованиям действующего межгосударственного ГОСТ 1516.2-97) и нестандартных грозовых и коммутационных волн напряжения амплитудой от ±190 до ±1000 кВ.

Созданный в отделе ЭМИ в “металле” указанный передвижной мегавольтный генератор ГИН-1,2 с входящими в его комплектацию омическим и емкостным делителями напряжения на 1,2 МВ в настоящее время успешно эксплуатируется в составе заводского высоковольтного испытательного комплекса (рис. 6 и 7) и используется в производственно-технологическом цикле предприятия “ES Полимер” (г. Артемовск, Донецкой обл.) при мелкосерийном выпуске отечественных полимерных подвесных и опорных изоляторов классов напряжения 35−1150 кВ для потребностей электроэнергетики и электрофицированных железных дорог Украины и России.

Рис. 4. Сотрудники отдела ЭМИ (фото 2003 года) на территории высоковольтного испытательного комплекса ГИН-1,2, размещенного в г. Харькове в лабораторном корпусе института (слева-направо: зав. сектором Игнатенко Н.Н., инж. II кат. Килина Л.А., н.с. Мельников П.Н., зав. отделом, д.т.н. Баранов М.И., зав. лаб. Бочаров В.А., н.с. Носенко М.А., зав. лаб. Колобовский А.К., н.с. Зябко Ю.П.)

Рис. 5. Передвижной генератор импульсных напряжений ГИН-1,2 на номинальное напряжение 1,2МВ и запасаемую энергию 15кДж, созданный сотрудниками отдела ЭМИ в 2006 году

Рис. 6. Практическое применение генератора ГИН-1,2 в составе высоковольтного испытательного комплекса разработки отдела ЭМИ на территории внутризаводской лаборатории предприятия “ES Полимер” (фото 2006 года, г. Артемовск, Донецкой обл.)

Рис. 7. Внешний вид действующего высоковольтного испытательного комплекса на основе передвижного генератора ГИН-1,2 (фото 2007 года, предприятие “ES Полимер”, г. Артемовск, Донецкой обл.)

Сейчас сотрудниками отдела ЭМИ выполняются как экспериментальные работы по исследованию электромагнитной совместимости и стойкости различных образцов техники общегражданского и военного назначения, так и теоретические фундаментальные и прикладные исследования, в том числе электрофизических механизмов воздействия МЭМП, больших импульсных токов и высоких импульсных напряжений на электропроводящие структуры (например, на металлические корпуса авиационной и ракетно-космической техники) и электрические цепи (например, на их кабели и провода). Кроме того, здесь проводятся поисковые работы по изучению электрофизических явлений линейной и шаровой молнии и глубинных электрофизических механизмов возникновения фундаментального явления электромагнитной ндукции в движущихся и неподвижных проводниках (контурах) технических объектов. Результаты данных исследований сотрудниками отдела ЭМИ регулярно публикуются в ведущих научно-технических журналах Украины, Российской Федерации и Беларуси, а также докладываются на внутриукраинских и международных конференциях и симпозиумах. Ежегодно число таких научных публикаций сотрудниками отдела составляет от 20 до 25. В течение 2008−2014 гг. научным руководителем отдела ЭМИ, д.т.н. Барановым М.И. были изданы четыре тома научной монографии “Избранные вопросы электрофизики” и два тома научной монографии “Антология выдающихся достижений в науке и технике”. В декабре 2008 года сотрудником отдела ЭМИ Игнатенко Н.Н. была успешно защищена кандидатская диссертация на тему “Повышение энергетической эффективности разрядных цепей генераторов больших импульсных токов молнии” (научный руководитель, д.т.н. Баранов М.И.). В феврале 2013 года ассистентом кафедры инженерной электрофизики НТУ «ХПИ» Петровой В.О. была успешно защищена кандидатская диссертация на тему “Электродинамическая стойкость высоковольтной изоляции из древесины к воздействию большого импульсного тока молнии” (научный руководитель, д.т.н. Баранов М.И.). В отделе ЭМИ работает один лауреат Государственной премии Украины в области науки и техники (д.т.н. Баранов М.И., 2006 год). Отдел ЭМИ активно сотрудничает с персоналом кафедры инженерной электрофизики НТУ «ХПИ» в части подготовки высококвалифицированных кадров и участвует в учебном процессе университета. Студентам-электрофизикам старших курсов силами сотрудников отдела ЭМИ (д.т.н., с.н.с. Барановым М.И.), начиная с 2006 года, регулярно читаются лекции по основам научно-технического творчества, проблемам электромагнитной совместимости и стойкости технических объектов, а также техники испытаний и научного эксперимента с демонстрацией на действующем высоковольтном оборудовании НИПКИ «Молния» НТУ «ХПИ» поражающего влияния МЭМП, высоких импульсных напряжений и больших импульсных токов на элементы электроэнергетических объектов и устройств ВИТ.

В настоящее время в отделе ЭМИ как в составе указанных выше электрофизических установок ИЭМИ-10, ГИНТ-1,6-5 и ГИНТ-12-30, так и испытательного комплекса, размещенного в лабораторном корпусе в г. Харькове, имеются действующие генераторы ГИН и ГИТ, способные обеспечить проведение испытаний различных технических объектов на электрическую прочность их внутренней и наружной изоляции, а также на электромагнитную совместимость и стойкость к различным электромагнитным факторам в соответствии с требованиями действующих отечественных и зарубежных стандартов. Данные генераторы размещены как на открытом воздухе испытательных площадок экспериментальной базы, так и на испытательных полях внутри отапливаемых помещений НИПКИ «Молния» НТУ «ХПИ». Основные тактико-технические характеристики этого энергоемкого испытательного высоковольтного оборудования и его основные электротехнологические возможности указаны в приведенной выше табл. 1.

В 2007 году сотрудниками отдела ЭМИ в научно-технической кооперации с отделом ВИТ (зав. отделом, к.т.н. Колиушко Г.М.) НИПКИ «Молния» НТУ «ХПИ» на экспериментальной базе института был создан уникальный генератор тока искусственной молнии (ГТМ), общий вид которого приведен ниже на рис. 8. Данный мощный высоковольтный генератор ГТМ с суммарной запасаемой электрической энергией в 1 МДж в своем составе содержит пять отдельных генераторов на номинальное зарядное напряжение от ±5 до ±50 кВ, воспроизводящих согласно жестким требованиям международных нормативных документов применительно к авиационной технике на общей активно-индуктивной нагрузке импульсную А, промежуточную B, длительную С, сокращенную длительную C* и повторную импульсную D компоненты тока искусственной молнии. Формируемые в указанном ГТМ как в отдельности, так и в требуемой комбинации приведенные компоненты тока линейной молнии соответствуют жестким действующим международным требованиям и стандартам, предъявляемым к подобным токовым импульсам при испытаниях различных летательных аппаратов на молниестойкость. Все отдельные генераторы ГИТ данного ГТМ построены по классической схеме ГИТ и содержат в своем составе высоковольтные низкоиндуктивные конденсаторы и воздушные сильноточные управляемые и неуправляемые коммутаторы. Технические характеристики формируемых импульсов тока имитированной молнии в генераторе ГТМ сведены в прилагаемую ниже табл. 2. В настоящее время указанный уникальный генератор ГТМ эффективно используется при выполнении хоздоговорных работ института при испытаниях на электротермическую и электродинамическую стойкость к прямым ударам имитированной в лабораторных условиях молнии элементов металлических и композиционных обшивок и антенно-фидерных устройств самолетов таких широко известных в мире авиастроительных корпораций как АНТК “Антонов” (Украина) и “Боинг” (США).

Рис. 8. Внешний вид мощного генератора тока искусственной молнии ГТМ (на переднем плане находится рабочий стол с высоковольтным воздушным разрядником, испытываемым образцом алюминиевой обшивки летательного аппарата и системой воздушной вытяжки, а на заднем плане – генераторы ГИТ-А, ГИТ-D, ГИТ-B, ГИТ-С и ГИТ-C*, фото 2008 года)

Таблица 2. Амплитудно-временные параметры тока искусственной молнии, воспроизводимые генератором ГТМ разработки НИПКИ “Молния” НТУ “ХПИ”

В 2007−2010 гг. сотрудники отдела ЭМИ приняли активное участие в выполнении расчетных и экспериментальных работ с КБ “Южное” (г. Днепропетровск) в рамках международного сотрудничества с китайской государственной ракетно-космической корпорацией в целях обеспечения стойкости соответствующей техники к воздействию тока линейной молнии. В результате выполнения данных работ по обеспечению грозозащиты ракетно-космической техники (РКТ) были разработаны экспериментально апробированные в лабораторных условиях расчетные методики для определения электротермической и электродинамической стойкостей составных металлических элементов данной техники (ее обшивки и кабельно-проводниковой продукции) к действию на них основных компонент тока искусственной молнии. На рис. 9 приведены результаты разрушающего действия на испытываемую алюминиевую обшивку РКТ в цепи ГТМ импульсного тока искусственной молнии с нормированными согласно данным табл. 2 амплитудно-временными параметрами его основных импульсной A— и длительной C— компонент.

Рис. 9. Внешний вид зоны сквозного проплавления образца обшивки РКТ толщиной 1 мм из алюминиевого сплава АМг2М от совместного действия на него в разрядной цепи ГТМ вначале импульсной A- (=−216,2 кА; =2,03∙106 А2∙с; =500 мкс) и затем длительной C- компоненты (=−0,869 кА; =1000 мс; =216 Кл) тока искусственной молнии

В рамках хоздоговорной тематики сотрудниками отдела ЭМИ в период 2010−2011 гг. были проведены экспериментальные исследования молниестойкости действующих опытных образцов (моделей) приемно-передающих антенн авиационной техники, разрабатываемой отчественными авиастроительными предприятиями. На рис. 10 и 11 приведены некоторые результаты такой оценки с помощью ГТМ степени грозозащиты указанных моделей авиационных антенн в условиях прямого удара в них тока искусственной молнии с нормированными амплитудными и временными параметрами его импульсной A— компоненты, приведенными в табл. 2.

Рис. 10. Внешний вид опытной модели авиационной приемно-передающей антенны до прямого воздействия на нее в разрядной цепи ГТМ импульсной А−компоненты тока искусственной молнии

Рис. 11. Внешний вид опытной модели авиационной приемно-передающей антенны после пря-мого воздействия на нее в разрядной цепи ГТМ импульсной А−компоненты тока искусственной молнии ( =212 кА; =1,96∙106 А2∙с; =500 мкс)

Из экспериментальных данных, представленных на рис. 9−11, следует, что как металлическая обшивка, так и приемно-передающие антенны разрабатываемой и выпускаемой новой отечественной и зарубежной авиационной техники в обязательном порядке должны проходить соответствующие натурные электротермические и электродинамические испытания для определения показателей их реальной грозозащиты.

Зав. отделом №4, д.т.н., с.н.с. М.И. Баранов

Телефон +(38057) 707-68-41