Вебинар «Ключевые измерения в практической молниезащите». Изложение

Ниже представлено структурированное изложение вебинара профессора Э. М. Базеляна «Ключевые измерения в практической молниезащите», составленная на основе предоставленных материалов.

Введение: теория против практики

Профессор Базелян начинает выступление с разграничения теоретического и практического подходов к измерениям. Теоретики зачастую полагают, что «есть прибор, у прибора есть стрелка, стрелка покажет то, что надо». Однако в практической молниезащите ситуация иная: измерения могут быть связаны с ошибками «на уровне десятков и даже сотен процентов», и специалистам приходится работать в условиях, когда многие проблемы еще не разработаны до конца.

1. Оперативное грозопредупреждение на высотных объектах

Сегодня крыши высотных зданий превратились в технологические площадки с оборудованием или зоны отдыха. Чем выше сооружение, тем хуже работают традиционные молниеотводы. Фронтальные грозы хорошо отслеживаются метеослужбами, но «местные грозы, тепловые грозы, которые возникают в одном месте и никак не проявляются в другом», требуют локальных систем предупреждения.

• Ограничения флюксметров: традиционные приборы — флюксметры (мельницы) — измеряют напряженность электрического поля, но имеют движущиеся части, что снижает их надежность в системах безопасности.
• Альтернативный метод: вместо измерения поля Базелян предлагает измерять коронный ток, возникающий от неживых электродов. Такая система успешно работала на Останкинской телебашне более десяти лет, регистрируя токи на уровне единиц микроампер. «Грозопредупреждения даже при локальных грозах всегда приходили вовремя».

2. Проблема статистики токов молнии

Вся современная молниезащита строится на данных о токах молнии, но эти данные крайне скудны. Прямых осциллографических измерений, накопленных с середины XX века, «набралось меньше чем полтысячи».

• Искажение данных: большинство измерений проводилось на высотных объектах. Базелян сравнивает текущую ситуацию с анекдотом о человеке, который ищет ключи под фонарем, потому что там светлее: «специалисты по молнии ставят свои осциллографы там, где молния ударяет чаще, а вовсе не там, где нам это надо».
• Новое решение: разработан отечественный датчик на основе пояса Роговского, не требующий обслуживания и внешнего питания. При массовом производстве его стоимость составит около 100 долларов, что позволит собирать статистику на объектах ординарной высоты.
• Критика дистанционных методов: профессор скептически относится к системам типа Vaisala или TOA, которые восстанавливают импульс тока по электромагнитной наводке в дальней зоне: «возможность есть, но погрешности в сотни процентов» из-за деформации волны тока в канале молнии.

3. Измерение сопротивления заземления

Нормативы требуют относить электроды на расстояние 3–5 габаритов заземлителя (D), что для крупных заводов означает километры. Найти такие свободные территории невозможно.

• Практическая рекомендация: если потенциальный электрод поставить «точно посередине между токовым и измеряемым электродом», то даже при расстоянии всего 0,5D погрешность будет меньше 20%. Причем эта погрешность всегда будет завышать значение, что идет «в запас» при расчетах перенапряжений.
• Определение удельного сопротивления грунта: вместо сложных зондирований Базелян предлагает прокопать траншею, положить шину максимальной длины, измерить её сопротивление и по элементарной формуле вычислить эквивалентное ρ для всей территории.

4. Импульсные характеристики и испытательные комплексы

Профессор отмечает «невероятную путаницу» в понятии импульсного сопротивления, которое часто ошибочно определяют как отношение максимумов тока и напряжения, хотя они не совпадают во времени.

• Проблема обратного провода: в отличие от реальной молнии, лабораторные измерения всегда имеют обратный провод, который из-за электромагнитного воздействия искажает распределение тока. Это дает неустранимую погрешность в 30–50%.
• Натурные испытания: в России создан уникальный передвижной комплекс на базе трех КамАЗов, способный подавать в контур заземления реальный ток молнии до 100 кА при напряжении 2 млн вольт. Испытания показали, что по поверхности грунта, даже чернозема, могут распространяться искровые каналы на десятки метров.

5. Проблема УЗИП в России

России остро необходимы собственные испытательные стенды для УЗИП, способные генерировать не только импульсный ток, но и «сопровождающий ток», имитирующий ток короткого замыкания. Без надежных УЗИП невозможно обеспечить безопасность современных «умных» (smart) систем, где электромагнитная наводка может одновременно уничтожить и основной, и резервный блоки управления. На текущий момент страна остается импортозависимой в этой области.

Вопросы и ответы (избранное)

• Активная молниезащита: Базелян называет её использование в РФ «близким к преступлению». Эксперименты в США показали, что из 13 ударов молнии в горах все проигнорировали активные молниеотводы, ударив в обычные той же высоты.
• Молния и бетон: опасения, что ток молнии может разрушить железобетонные колонны из-за нагрева арматуры или испарения влаги, профессор считает «сильно надуманными». Перегрев даже одиночного токоотвода не превышает 100 градусов, а разница в сопротивлении стали и влажного бетона составляет более 8 порядков — ток просто не пойдет через бетон.
• Болтовые соединения: вместо сварки профессор призывает шире использовать болтовые зажимы, если они обеспечивают переходное сопротивление не выше 0,003–0,005 Ом. Это разрешено современными нормативами и упрощает монтаж.

Заключение

Основная цель измерений — получить достоверные исходные данные для компьютеров, чтобы перестать «закладывать железо в землю без весомой нужды» и удешевить молниезащиту в масштабах страны.

Зарегистрироваться на предстоящие вебинары

Решение для комплексной защиты от перенапряжений системы катодной защиты трубопровода Измерение сопротивления заземления в местах плотной застройки Э. М. Базелян "Методики измерения сопротивления заземления" “Методичка” по измерению сопротивления заземляющего устройства