Projekt OP VVV: Mezinárodní kvalita výzkumu v oblasti spínacích přístrojů a diagnostiky komponent pro elektrické sítě

Praha, 19. ledna 2021 – První měsíc roku 2021 zaměříme na VUT v Brně. V tomto příspěvku Vás seznámíme s projektem nazvaným „Výkonové laboratoře CVVOZE - modernizace výzkumné infrastruktury“. Projekt byl podpořen z Operačního programu Výzkum, vývoj a vzdělávání v rámci výzvy Posilování kapacit pro kvalitní výzkum. O projektu pohovoří hlavní řešitel projektu doc. Ing. Petr Toman, Ph.D.

Mezinárodní kvalita výzkumu v oblasti spínacích přístrojů a diagnostiky komponent pro elektrické sítě

Realizátor:

Vysoké učení technické v Brně

Doba realizace:

1. 1. 2017 – 31. 12. 2019

Projekt byl podpořen celkovou dotací ve výši 27 038 476,02 Kč, z toho příspěvek EU činil 22 982 704,61 Kč.

„Hlavním záměrem projektu bylo rozšíření stávajícího výzkumného programu výzkumné infrastruktury CVVOZEPowerLab o nové výzkumné aktivity a návazně i doplnění přístrojového vybavení pro realizaci špičkového výzkumu a vývoje v elektroenergetice, zejména pak ve výzkumných oblastech vypínání velkých proudů, elektromagnetické kompatibility a precizní diagnostiky izolačních materiálů pro vysoké napětí.“

doc. Ing. Petr Toman, Ph.D.

 

Cílem projektu bylo zvýšení mezinárodní kvality výzkumu a jeho výsledků obecně v oblasti spínacích přístrojů a diagnostiky komponent pro elektrické sítě. Jaká byla motivace pro předložení takového projektu?

Velká výzkumná infrastruktura „Výkonové laboratoře CVVOZE (CVVOZEPowerLab)“ byla vybudována za účelem poskytnutí experimentálních výzkumných kapacit komunitě výzkumných pracovníků v ČR i zahraničí. Předložení projektu na modernizaci této výzkumné infrastruktury bylo motivováno zejména potřebou výzkumné komunity realizovat experimenty v oblastech pokročilé diagnostiky elektrického výboje vznikajícího ve spínacích přístrojích pro elektroenergetiku a precizní diagnostiky izolačních materiálů používaných pro vysokonapěťová zařízení. Neméně významnou byla pak potřeba výzkumníků z VUT v Brně realizovat špičkové experimenty v těchto oblastech.

 

Jak probíhala realizace projektu – objevily se nějaké překážky či naopak něco, co Vám ji usnadnilo?

Vlastní realizaci projektu lze rozdělit na dvě části. První, z pohledu financí dominantní částí, bylo pořízení unikátních přístrojů do laboratoří výzkumné infrastruktury v pořizovací ceně 20 mil. Kč. Druhou částí pak byl vlastní výzkum realizovaný prostřednictvím dvou nových výzkumných aktivit, konkrétně „Sledování pronikání par konstrukčních materiálů do objemu elektrického výboje“
a „Precizní diagnostika vysokonapěťových kabelů a kapalných dielektrik“.

Určité překážky se objevily při nákupu unikátních laboratorních zařízení, jelikož se jedná o technologie, které jsou nabízeny pouze několika výrobci na světě. Tito však v některých případech nebyli ochotni účastnit se výběrového řízení z důvodu rozsáhlé byrokracie vycházející z platné legislativy ČR. Některá výběrová řízení jsme tedy zahajovali v nejistotě, zda se vůbec přihlásí potenciální dodavatelé. Nákupy potřebné techniky se nakonec během doby řešení projektu podařilo realizovat, za což patří velký dík celému realizačnímu týmu projektu.

Mám-li najít něco, co usnadnilo řešení projektu, tak poměrně hladce proběhlo jak uvedení zařízení do provozu, tak první výzkumné experimenty. Zde bych opět rád pochválil jak nadšené výzkumníky z příslušných laboratoří CVVOZE, tak i dodavatele technologií za zodpovědný a obětavý přístup k řešení všech problémů, se kterými jsme se během realizace potýkali.

 

Můžete stručně popsat, jaké přístrojové vybavení bylo pořízeno či modernizováno a jak jste dosáhli rozšíření a rozvoje personálních kapacit?

Z projektu bylo pořízeno následující klíčové přístrojové vybavení:

  • Precizní analyzátor pevných dielektrik Tettex 2831 včetně měřící buňky Tettex 2903
  • Distanční mikroskop Questar včetně příslušenství
  • Normálový kondenzátor 300kV Haefely Hipotronics
  • Monochromátory a spektrografy Andor
  • Precizní analyzátor tekutých dielektrik
  • Systém kabelových koncovek Haefely Hipotronics
  • Vysokorychlostní kamera iSPEED 726R s příslušenstvím
  • Zařízení pro měření tlaku Kistler

Z uvedených zařízení bych rád zdůraznil dvě, konkrétně unikátní vysokorychlostní kameru, která je schopna velmi podrobně zaznamenávat průběh velmi krátkých dějů (trvajících řádově jednotky milisekund) při vypínání elektrického proudu ve výkonových vypínačích. Časové rozlišení takových záznamů může být až 1 mil. snímků za sekundu, což přináší významné možnosti pro diagnostiku vypínacího děje. Druhým unikátním zařízením je systém vodních kabelových koncovek, který umožňuje připojení vysokonapěťových kabelů do jmenovitého napětí 300kV tak, aby v důsledku tvaru připojovacích bodů nedošlo ke zvýšení rušivých částečných výbojů, respektive koróny, díky kterým pak není možné provádět přesné a citlivé například ztrátového činitele či úrovně částečných výbojů vznikajících v izolaci měřeného kabelu.

 

Obr. 1 - Měřící sestava pro spektrální analýzu oblouku během procesu vypínání zkratového proudu sestávající z vysokorychlostní kamery
a spektrografu s monochromátorem

Obr. 2 - Vysokonapěťové koncovky použité
pro připojení kabelu při přesné diagnostice částečných výbojů v izolaci kabelu při měření
ve stíněné laboratoři vysokých napětí

Obr. 3 - Analýza působení elektrického oblouku
na ochranný oděv pracovníka v elektroenergetice

 

Rozvoj personálních kapacit byl realizován zejména na úrovni studentů doktorského studijního programu „Silnoproudá elektrotechnika a elektroenergetika“, kteří byli do projektu zapojeni formou standardní pracovní smlouvy na pozicích výzkumných asistentů. Dva z těchto pracovníků úspěšně ukončili své doktorské studium a zůstali po skončení projektu na pozici odborných asistentů v centru CVVOZE.

Projekt byl dokončen již před rokem. Jak hodnotíte dopad realizovaných aktivit, naplnění cíle a stávající využití výstupů?

Řešení projektu bylo úspěšné nejen z pohledu faktického naplnění cílů, ale i z pohledu navazujících aktivit. Podařilo se získat několik výzkumných projektů financovaných z národních i zahraničních zdrojů. Mezi nejvýznamnější patří spoluúčast na řešení projektu „Národní centrum pro energetiku“ financovaného v letech 2019-2020 prostřednictvím TAČR. Z projektů financovaných ze zahraničí to bezesporu jsou projekty „Greenhouse Gas Reduction Process via an Innovative High Voltage Circuit Breaker Development“ a „One Network for Europe – OneNet“, při jejichž řešení je nebo bude zařízení výzkumné infrastruktury využito.

 

Pomohlo Vám financování a realizace tohoto projektu vyrovnat se podobně zaměřeným výzkumným institucím ve světě? Navázali jste díky tomuto projektu s některými z nich spolupráci?

Projekt jako takový patří z pohledu financování k malým projektům. Nicméně díky tomuto projektu se podařilo rozšířit experimentální výzkumné možnosti infrastruktury CVVOZEPowerLab vybudované v letech 2010-2013 zejména z prostředků OP VaVpI. Tato výzkumná infrastruktura patří i díky spojení oblastí výzkumu vysokých proudů a vysokých napětí k unikátním ve střední Evropě.

Díky projektu se podařilo navázat či rozšířit výzkumnou spolupráci například s Aalto University ve Finsku, s JINR Dubna v Rusku, či s Uzhorod National University na Ukrajině nebo TU v Košicích na Slovensku.

Dalšímu rozvoji této spolupráce bohužel příliš nepřeje současná situace spojená s pandemií koronaviru, kdy je pro spolupracující výzkumníky obtížné přicestovat do Brna a účastnit se experimentů, které potřebují realizovat. V rámci možností experimenty na základě požadavků realizujeme vlastními silami a následně předáme výsledky. Některé experimenty ovšem takto realizovat nelze.

 

Podařilo se vám v rámci projektu dosáhnout výsledku, spolupráce nebo publikace, na kterou jste obzvláště pyšní?

Kromě výše uvedeného určitě stojí za zmínku právě několik publikací v prestižních vědeckých časopisech, které vznikly v rámci výzkumných aktivit během realizace projektu, případně byly vytvořeny po skončení projektu v rámci spolupráce se zahraničními partnery, která byla díky projektu iniciována. Pokud bych měl vybrat jeden výsledek, tak by to byla publikace TOPOLÁNEK, D.; LEHTONEN, M.; TOMAN, P.; ORSÁGOVÁ, J.; DRÁPELA, J. An earth fault location method based on negative sequence voltage changes at low voltage side of distribution transformers. INTERNATIONAL JOURNAL OF ELECTRICAL POWER & ENERGY SYSTEMS, 2020, vol. 118, no. 118, p. 1-8. ISSN: 0142-0615, vytvořená ve spolupráci s Aalto University.

 

Chtěl byste dodat ještě něco, co v rozhovoru nezaznělo?

Často opomíjenou záležitostí poslední doby jsou výukové aktivity. Zařízení výzkumné infrastruktury je využíváno také pro praktickou výuku v oborech „Elektroenergetika“ a „Výkonová elektrotechnika a elektronika“, případně „Silnoproudá elektrotechnika a elektroenergetika“. Jsem velmi rád, že díky podpoře z OP VVV mohou studenti v laboratořích pracovat se špičkovými přístroji, ať už v rámci běžné výuky, nebo při řešení bakalářských, diplomových a doktorských prací. Laboratoře jsou otevřeny studentům nejen z VUT v Brně, ale i studentům dalších univerzit z ČR, případně ze zahraničí.

 

Podrobnější informace o projektu naleznete zde.

 

 

Cílem výzvy bylo komplementárně podpořit konstrukci, upgrade, modernizaci a výzkumné aktivity velkých infrastruktur pro výzkum, experimentální vývoj a inovace uvedených v Cestovní mapě České republiky velkých infrastruktur pro výzkum, experimentální vývoj a inovace pro léta 2016 až 2022.

 

 

 

Foto: Archiv projektu