Скользящие искровые каналы вдоль поверхности грунта

3. Скользящие искровые каналы вдоль поверхности грунта

Из цикла статей "Молниезащита нефтегазовых объектов".

3.1. Физика процесса

Не следует думать, что речь идёт о каком-то недавно обнаруженном явлении, мало известном специалистам. Искровые пробои поверхностного слоя грунта описаны в монографиях первой половины XX века и очень хорошо известны эксплуатационному персоналу междугородних подземных кабельных линий связи, которые активно эксплуатировались в те годы. Каналы стартовали от точки ввода в землю тока молнии, например, от корней дерева, и распространялись на длину вплоть до сотни метров, скользя вдоль поверхности грунта. Попадая в кабель связи, они повреждали его и благодаря этому получили известность.

Лабораторные эксперименты удивили низким напряжением, которое требовалось для формирования скользящих искровых каналов. Фотография на рис. 17 получена при исследованиях искровых каналов длиной 5 м, когда напряжение источника питания составляло всего 135 кВ. В полевом эксперимента отечественные специалисты (ВНИИЭФ г. Саров) наблюдали искровые каналы длиной до 30 м при напряжении около 300 кВ. В воздухе для той же цели потребовалось бы на порядок более высокое напряжение. Оказалось, что всему виной токи утечки в грунт через боковую поверхность плазменного канала. Именно они поддерживают его температуру на уровне 5000-6000 К и тем самым не позволяют потерять высокую проводимость родившейся плазме. Канал может прорастать практически любое время, пока молния питает его своим током.

Рисунок 17.Типичная фотография скользящего искрового канала в бассейне с грунтом

3.2. Предельная длина искровых каналов

Экспериментальные исследования ОАО "ЭНИН" позволили разработать расчетную модель искровых разрядов, скользящих вдоль поверхности грунта. В результате была выявлена зависимость длины каналов от амплитуды и временных параметров импульса тока молнии, удельного сопротивления грунта, величины сопротивления заземления сооружения, в который ударила молния. Для тестирования расчетной модели были использованы результаты полевых экспериментов в ВНИИЭФ. Рис. 18 даёт представление о характере зависимости длины сформированных каналов от удельного сопротивления грунта и величины сопротивления заземления в месте удара молнии.

Рисунок 18. Предельная длина скользящих искровых каналов в зависимости от параметров грунта и сопротивления заземления в точке удара молнии

Расчёты выполнены для импульса тока средней по силе молнии амплитудой 30 кА при длительности импульса 100 мкс. Вполне очевидно увеличение длины каналов с ростом сопротивления заземления, поскольку в этой ситуации увеличивается часть тока молнии, непосредственно питающая формирующийся канал. В диапазоне практически значимых сопротивлений заземления зависимость близка к линейной. Тем не менее, даже у молнии с умеренным током в 30 кА длину канала трудно ограничить длиной до 15 м, которая принимается безопасной в некоторых нормативах. С увеличением тока молнии эта длина очень заметно увеличивается (рис. 19).

3.3. Защита от скользящих искровых разрядов

Снижение сопротивления заземления молниеотвода трудно считать практически значимой мерой ограничения длины искровых каналов вдоль поверхности грунта. Здесь требуются иные меры. Предпочтительно не пытаться воздействовать на длину канала, а управлять его траекторией. Такая возможность открывается, например, устройством горизонтальной заземляющей шины, направленной в противоположную сторону от потенциально опасной территории. Канал (если он все-таки возникнет) будет формироваться как продолжение шины и, следовательно, пойдёт в безопасном направлении. Вторая возможность связана с ограждением защищаемой территории по внешнему периметру подземной металлической шиной. Фактически эта операция выполняется автоматически, если предусмотрено соединение опор молниеотводов, о котором говорилось выше.

Э. М. Базелян, д.т.н., профессор
Энергетический институт имени Г.М. Кржижановского, г. Москва

Читайте далее "4. Незавершенные разряды в электрическом поле грозового облака".

Полезные материалы:

Смотрите также: