Оценка работоспособности активных молниеотводов

Произведение замеров задержки старта стримера от вершины электрода выполняется для фиксации имеющихся показателей и никоим образом не влияет на обеспечение разных условий возникновения встречного разряда. Причём совсем не обязательно повышать напряжение одного из электродов, можно использовать более простой метод, который подразумевает изменение формы их вершин. Одному из них нужно придать полусферическую форму большого радиуса, а другому форму конуса. На рис. 1 изображен результат данного способа.

Рисунок 1. Изображение процессов изменения форм вершин электродов высотой 1 м^*

В проведённых исследованиях были учтены следующие параметры:

диаметр вершины электрода, имеющего форму полусферы — 5 см;
угол конуса другого электрода — 300 градусов;
высота испытуемых объектов — 1 метр;
удалённость обычных электродов — 1 метр;
расстояние от головок задействованных электродов до высоковольтного объекта, обладающего отрицательной полярностью — 2 метра.

Время запуска встречного разряда полностью совпадало со всплеском объёмного заряда, с точностью до секунды, что четко отображалось на полученных осциллограммах. На каждый эксперимент проводилось порядка 250 измерений. В каждом отдельном случае, встречный разряд, поступающий с вершины, имеющей форму конуса, во многом опережал разряд, фиксирующийся от головки полусферической формы. На рисунке 2 изображены интегральные линии полученных данных, которые подтверждают временное разграничение запуска каждого из разрядов.

Рисунок 2. Интегральные кривые разграничения запуска старта встречного разряда от заглубленных электродов высотой равной вершинам зарядов^*

При этом, время старта встречного заряда никак не влияет на вероятность пробоя временных промежутков. Результаты проведённых исследований показали, что разница частот попадания искры в разно вершинные электроды составляет 7%. Для определения эффективности активного молнии приёмника требуются более точные показатели. В процессе испытания активной молниезащиты требуется приступить к фиксации кривых разряда искры. Подобные эксперименты проводились ОАО «26 ЦНИИ» при помощи высоковольтного стенда. Заключение исследования было оглашено в 2014 году на общероссийском конференц-выступлении. В качестве объектов сравнения был использован стержневой электрод, а также активный молниеотвод М-200. Учитывая одинаковую высоту вершин, сотрудники института поддерживали импульсное напряжение 250/2500 мкс, с заданной амплитудой не менее 3,5 МВ. Зона активной молниезащиты оказалась значительно меньше той, о которой было заявлено компанией - производителем. Кроме того, ученые выявили, что обычный электрод способен принять на 20-30% разрядов икры больше, чем активный. Причем оба объекта подвергались совершенно одинаковому воздействию. Данные результаты были неоднократно перепроверены, что свидетельствует об их полной достоверности.

Не менее важно, что еще в 2003 году сотрудники института Нью-Мехико огласили аналогичные результаты. В условиях полевого эксперимента, они наблюдали за обычными стержневыми электродами и группой ESE-молниеотводов, высота которых была равнозначной. Несмотря на заявленные характеристики, ESE-молниеотводы оказались более устойчивы к поражению молниями, нежели электроды обычного исполнения. Представители компаний — производителей не смогли объяснить, и тем более признать, что управляемое воздействие вызывает совершенно противоположный результат. Тем не менее, существуют определённые причины подобного эффекта.

Основным фактором, затрудняющим исследования эффективности активной молниезащиты, является политика изготовителей ESE-молнии отводов. Они не разглашают электрические параметры воздействий, то есть те показатели при помощи которых управляют импульсом напряжения. В основном, это временные характеристики. Тема исследования оказалась бы менее актуальной, если бы они не скрывали вышеуказанных показателей. Любой квалифицированный специалист без труда определит временные параметры, поскольку размеры конденсаторов повышенного напряжения и активных молнии отводов опубликованы в свободном доступе. Их можно найти в соответствующих каталогах и справочных материалах. Сопоставив данные показатели, исследователи придут к заключению, указывающему на минимальную энергетическую ёмкость внутренних источников управляющего напряжения.

Продолжительность импульса управляющего напряжения может измеряться в микросекундах только в том случае, если на начальном отрезке лидирующий будет потреблять 1 Ампер тока. Результаты воздействия данного импульса были получены в рамках лабораторных исследований еще более 50 лет назад. На рисунке 3 наглядно отображены показатели, зафиксированные по мере увеличения положительной искры в промежутке плоскость — стержень на плоскости длиной 5 м.

Рисунок 3. Результаты воздействия короткого управляющего импульса на развитие искрового разряда^*

В процессе эксперимента, на плоской поверхности из металла специалисты закрепили трехметровый стержень и обеспечили ему заземление. Промежуток разрядов достиг двух метров. Верхнюю поверхность подвергли воздействию повышенного импульсного напряжения (не менее 200 мкс) и короткому управляющему импульсу. Чтобы зафиксировать оптическое отображение, потребовалось воспользоваться электронным оптическим преобразователем, усиливающий свет. Он способен регулярно разворачивать полученные изображения, а благодаря электро затвору, удалось отсечь яркую пред пробойную стадию. При помощи лучей осциллографа выполнялась регистрация момента срабатывания.