Вебинар «‎Молния и молниезащита в ЭНИН им. Г.М. Кржижановского», страница 2

Двенадцатое мероприятие из серии "Заземление и молниезащита: вопросы и проблемы, возникающие при проектировании"

Текст вебинара. Страница 2

Быстрая навигация по слайдам:

1. Молния и молниезащита в ЭНИНе им. Г.М. Кржижановского
2. Высказывание М.В. Ломоносова о молнии
3. Послание Франклина графу Шувалову
4. Теория Дж.Таунсенда
5. Порог ионизации воздуха
6. Работа профессора И.С. Стекольникова
7. Эксперименты В.С. Комелькова
8. Лаборатория мировых рекордов
9. Импульс напряжения с пологим фронтом
10. А что изменилось в исследованиях молниеотводов?
11. Зависимость результата от фронта импульса напряжения
12. Лидерный механизм искры и молнии

Страница 2:

13. Для чего нужна сложная структура длинной искре и молнии?
14. Роль стримерной зоны и чехла объемного заряда
15. Элементарная теория лидера
16. Экстраполяция теории
17. Российские зоны защиты — откуда они?
18. Фотографии иследований
19. Путь молнии
20. Статистическая теория ЭНИН
21. Методические основы расчета чмсла ударов молнии в ВЛ
22. Возможности статистической методики
23. Влияние рабочего напряжения
24. Влияние лесного массива по трассе ВЛ

Страница 3: >>

25. Давид и Голиаф (газоразрядная версия)
26. Корона и молния
27. Старт стримерной вспышки
28. Гипотеза Голда
29. Практическая реализация
30. Тросовые молниеотводы для защиты ОРУ ПС
31. Ожидаемые результаты
32. Активные молниеотводы — миф, а не реальность
33. Опасность искровых каналов вдоль поверхности грунта
34. Эксперимент в Сарове
35. Совместные полевые испытания ЭНИН, ОИВТ РАН, ТИНИТИ
36. Где еще остро нужна наука

Для чего нужна сложная структура длинной искре и молнии?

— Если у какого-то предмета есть электрическая ёмкость, то ту энергию, которую может хранить на этой ёмкости – это CU2/2. Это известная формула, которую знает даже школьник. В этом канале рассеяться может тоже не больше, чем CU2/2 и больше энергии взять нельзя в канал. Несмотря на то, что кругом ее сколько угодно. Когда эта идея элементарная проникла в сознание людей, стало понятно, как соотносятся между собой канал, который строится и те самые стримеры, которые вываливаются из головки этого самого канала. Оказывается, что за счет заполнения стримерами пространства, увеличивается ёмкость всей этой системы.

Роль стримерной зоны и чехла объемного заряда

— А пропорционально ёмкости увеличивается энергия, которая может вкладываться в канал. Но это еще не все. Этой энергии все равно не хватает, надо увеличивать напряжение. А увеличение напряжения очень эффективное, потому чтоэнергия увеличивается в пропорциональный квадратнапряжения. Она, оказывается, тратится, идет совершенно в пустую, потому что вместе с увеличением напряжения, увеличивается радиус канала за счет его ионизационного расширения. И тот чехол из стримеров, который образуется в пространстве, препятствует этому расширению.

Элементарная теория лидера

— Когда эти построения качественные были созданы, было создано достаточно простая пригодная для молниезащиты теория длинной искры. Эту теорию удалось проверить экспериментально в промежутках вплоть до 100 метров.

Экстраполяция теории

— Не было никаких сомнений, что теорию можно экстраполировать дальше, и можно было показать, что для того, чтобы пробить промежуток длиной километр, надо достаточно скромное напряжение, не больше, чем, скажем 15-20 МВ. Теперь была подготовлена научная основа для того, чтобы на этой научной основе можно было заниматься практической современной молниезащитой. Стало понятно, что никакими лабораторными экспериментами не получить надежного представления о защитном действии молниеотводов, потому что оказалось, что результаты лабораторных экспериментов не только зависят от формы импульсного напряжения, при котором они проводятся, оказывается, что они еще зависят и от масштаба. Причем зависит от масштаба очень сильно.

Российские зоны защиты — откуда они?

— Эта зависимость от масштаба исследовалась совместными экспериментами Энергетического Института имени Кржижановскогои Ленинградского Политеха. Мы провели исследования в промежутках длинойдо 12 метров, и увидели, что в разных промежутках получается разные результаты. Эти разные результаты не дают понять, а какой результат правильный. Тенденция была такая. Чем длиннее промежуток, тем хуже получается защитное действие в лаборатории. Ясно, что с такими результатами построить зону защиты невозможно.

Фотографии иследований

— Несмотря на то, что эксперименты с построением зон защиты делались непрерывно и делаются до сих пор. Исследования проводят в промежутках сегодня длиной до 30 метров. Все равно эти результаты, которые получаются в лаборатории, это качественные результаты. И как эти результаты транспонировать на молнию, было не очень понятно. Надо было сделать расчётную модель, которая с одной стороны была бы правдоподобной в физическом отношении. С другой стороны эта модель могла тестироваться, и в третьих – это, модель должна была опираться на какие-то экспериментальные факты. Такую статистическую модель сделали. Исходили, вот, из чего.

Путь молнии

— Если вы поставите параллельно два промежутка совершенно разной длины. Промежуток S1 и промежуток S2, то у вас совершенно не обязательно будет пробиваться первый – короткий. С определенной вероятностью будет пробиваться и более длинный промежуток, потому что существует большой разброс пробивных напряжений. Глядите, например. Эта башня имеет высоту 34 метра. Разряд должен был выйти с башни на землю по кратчайшему пути, а он пошел совершенно не по кратчайшему, пройдя больше ста метров, канал закончил свое развитие на опоре линии электропередач 110 кВ, которые шли по соседству. Или второй результат — Останкинская башня. Молния должна была бы ударить в её вершину, как это думали Франклин и Ломоносов, но она промахнулась ниже вершины на 202 метра и ударила под ресторан «Седьмое небо». Эту статистику надо было ввести в расчетную модель. Ее ввели, опираясь на два представления. Первое представление было следующее. Молния стартует из облака совершенно безразлично к состоянию земной поверхности. И начинает различать эту земную поверхность, опустившись до некоторой высоты, которую называют высотой ориентировки. Здесь молния выбирает свой путь либо к возвышающемуся объекту, либо к поверхности земли. И выбор этого пути определяется простыми статистическими закономерностями, потому что один путь и другой путь далеко один от другого, и один никак не влияет на другой.

Статистическая теория ЭНИН

— Когда этот выбор сделан, идет второй процесс. Этот второй процесс выбирает точку удара ориентированной молнии либо на поверхности молниеотвода, либо на поверхности защищаемого объекта. По очень давно известной и хорошо проверенной гипотезе Голда, это происходит за счет развития встречных каналов, встречных лидеров от молниеотвода и от объекта. Они уже влияют друг на друга своими электрическими полями, потому что молниеотвод и объект, как правило, стоит близко один от другого. И вся эта кухня была учтена в статистической методике, которая была разработана в ЭНИНе сначала для простейшей ситуации, а потом для любого количества молниеотводов и защищаемых объектов. Эта самая расчётная модель требовала обязательно подгоночных параметров.

Методические основы расчета числа ударов молнии в ВЛ

— В виде такого подгоночного параметра выступала вероятность выбора точки удара, которую надо было определять по экспериментальным данным. Здесь возникла очень серьезная проблема. Экспериментов натурных было полно, потому что регистрировали повреждения линии электропередач. И регистрировали, с какой вероятностью молния не попадает в молниезащитный трос, грозотрос, а ударяет в провода линий электропередач. Международная организация СИГРЭ набрала большое количество экспериментального материала. Количество этих экспериментов исчислялось многими тысячами. У них была одна не очень приятная особенность, они все касались практически одних и тех же конструкций по высоте, потому что линии электропередач не очень сильно отличаются по высоте, и по расположению тросов они тоже не очень сильно отличаются. И набор-то данных получался большой, но он был односторонним.

См. слайд 19. Они в течение многих лет регистрировали разряды в останкинскую башню. Тот разряд, который я показывал – это из их коллекции. И в результате появилась ещё одна точка очень важная, на которой можно было тестировать методику. Благодаря той и другой экспериментальной базе, можно было протестировать статистическую методику и предложить эту методику для практического применения.

Возможности статистической методики

— Что она давала, эта методика? Во-первых, она давала расчет числа ударов молнии, вероятности удара для абсолютно любой конструкции молниеотводов и защищаемых объектов и это было страшно важно, потому что зона защиты молниеотводов в том виде, в котором их строили, в лучшем случае могли построить для двойных молниеотводов. Дальше все. Во-вторых, они давали возможность учесть локальные неоднородности у поверхности защищаемого объекта или молниеотвода. Это было очень важно. Представьте себе трубу тепловой станции. Она выбрасывает столб отходящих газов. Этот газы горячие, их плотность понижена. И в результате этого дела условия развития встречного разряда, который будет перехватывать молнию на трубе, он будет другой, не такой, как на обычном объекте.

Влияние рабочего напряжения

— Или возьмите другую вещь – линию электропередач ультравысокого напряжения, когда напряжения фазных проводов – это почти миллион вольт. Это тоже локальное изменение состояние атмосферы и все это методика могла учесть.

Влияние лесного массива по трассе ВЛ

— Кроме того, методика могла учитывать окружающие рельефы. Например, линия идет по просеке. Справа и слева лес. Лесные массивы тоже участвуют в ориентировке молнии. И в результате этого дела, у вас получалось, что вероятности удара молнии в линию электропередач оказывались зависимыми от того, с одной ли стороны лес или с другой стороны лес – вторая кривая, или у вас есть рабочее напряжение. У вас с увеличением рабочего напряжения, молниеотводы работают хуже, хуже и хуже. И это тоже надо было учитывать. И на основе этой статистической методики были созданы те руководящие указания по молниезащите, которые действуют до настоящего времени. Это РД 34-21-122-87, это СО 153, это нормативный документ целого ряда ведомств, Газпрома, Единой Энергетической Системы, других отраслей техники. Во все эти вещи вошла эта самая методика. И, в конце концов, по согласованию с ГосТехНадзором и на основании циркуляра 25-2009 эта методика была официально рекомендована для применения на всей территории Российской Федерации. Это не значит,

<< Предыдущая страница
^{слайды с 1 по 12}

Следующая страница >>
^{слайды с 25 по 37}

Полезные материалы для проектировщиков:

Смотрите также: