Молниезащита объектов в районах вечной мерзлоты

Тэги: молниезащита статья рекомендации
Внимание!

Молниезащита объектов в районах вечной мерзлоты

Добрый день, уважаемые коллеги! Я очень рад нашей очередной встрече и мне они доставляют очень большое удовольствие, особенно если речь идет о материале, который я много раз прощупывал на зуб. Но сказать это о сегодняшнем материале мне трудно, потому что я вообще не очень хорошо представляю себе, где можно найти людей, которые хорошо знают собственно, что же происходит в вечной мерзлоте, что там надо делать и как решать задачу молниезащиты.

Природа молний на территории Земли одинакова

Эти вопросы нам придется вместе с нами сейчас как-то проговаривать и у меня такое ощущение, что кое-что нам придется додумывать вместе. С чего надо начинать? Наверное, все-таки надо начинать с того, что природа молний на территории земли, да думаю, что не только земли, она примерно одинакова. Физика молнии, в общем, не меняется в зависимости от широты местности и над районами вечной мерзлоты, которых у нас в России больше чем достаточно, природа молнии примерно такая же как над Москвой или где-нибудь над Африкой. Я думаю, что разницы большой здесь нет и быть не может, но одно дело – это природа самой молнии, а другое дело – последствия, с которыми приходится встречаться человеку, решая проблему защиты объектов на территории земли. У нас в зоне вечной мерзлоты находятся достаточно серьезные сооружения, связанные в основном с добычей полезных ископаемых и в первую очередь нефти и газа. Ответственность этих сооружений, как правило, очень высокая и в этом отношении приходится говорить о том, что мы не можем никак ждать, пока ученые найдут какую-то специфику и приходится ориентироваться на то, что есть.

Грозовая активность

Перед вами карта грозовой активности. К сожалению, эта карта не меняется уже много-много лет. К сожалению, эта карта построена по визуальным наблюдениям метеорологических служб и надежность этой карты крайне незначительна. Но если вы посмотрите те линии, которые относятся к области вечной мерзлоты, то там приблизительно будет один удар на 1 км2.

Инструкция по молниезащите

Понимаете, какое дело, если ориентироваться на один удар на этот 1 км2, а потом ткнуть в «Таблицу 1» документа РД 34, то получится такая вещь: один удар – это очень мало, что один удар – это чепуха! И что вообще обращать на один удар! Примерно такие настроения дает эта самая таблица из РД 34. И сегодня с этим согласиться страшно сложно. Хорошо. Один удар в зоне вечной мерзлоты, три удара на 1 км2 в области Москвы, разница всего в три раза.

Госстрой интересовала только взрыво и пожаро безопасность

Не такая уж это и большая разница и особенно это не очень большая разница, если вы говорите не о чем-то общегосударственном, а о том, что построено на деньги, в которых есть и ваша доля. В этом случае бросать все просто так и не о чем не беспокоиться, наверное, с этим согласиться никто не может и заказчики в большинстве случаев ваши не согласятся тоже. Поэтому заниматься молниезащитой в зоне вечной мерзлоты, безусловно, надо. И не надо обращать внимание на эту самую «Таблицу 1» из РД 34. Это таблица из другого измерения. Нечего о ней всерьез и особенно разговаривать.

Сопротивление заземления не влияет на работу молниеотвода

Первый вопрос, который возникает, это вот какой: что такое вечная мерзлота? Вечная мерзлота – это плохой грунт. И первый вопрос, который возникает, он следующий: а как будут работать молниеотводы в зонах вечной мерзлоты, когда сделать хороший заземлитель за них не удается? Изменится ли активность этих самых молниеотводов? Изменится ли их зона защиты? Изменится ли вероятность прорыва молнии к защищаемому объекту? На этот вопрос, наверное, это единственный из вопросов, который на зуб я хорошо пощупал, на этот вопрос можно ответить однозначно и ответить отрицательно. Влияния нет и быть не может. Когда я совсем молодым специалистом пришел работать в лабораторию, в которой проработал до сегодняшних дней, то мне как человеку подневольному и малопонимающему дали попробовать как раз именно этот вопрос, посмотреть, а что будет, если я возьму молниеотвод и не заземлю его наглухо, а поставлю здесь какое-то сопротивление заземления. И сделаю это в лаборатории, посмотрю, что из этого получится. И мне говорят: «Давай учись и делай такую работу». Вот я ее делал, ставил сопротивление в 10 Ом, делал сопротивление в 100 Ом, ставил сопротивление в 1000 Ом, а результат получался никакой. Защитное действие молниеотвода не изменялось, он совершенно одинаковым образом притягивал к себе длинную искру, которая в лаборатории моделировала молнию. Вообще говоря, этого можно было бы не делать. Можно было бы не делать вот по какой причине, дело заключается вот в чем: я могу взять и провести элементарный расчет. Сопротивление заземления, поставлю его громадный в 1000 Ом. Теперь, что будет течь через это сопротивление заземления? Через это сопротивление заземления будет течь ток, формирующегося встречного лидера, который перехватывает молнию. Какой ток этого встречного лидера? Это очень хорошо известно. Эти токи мерились много-много раз и эти токи, грубо говоря, находятся на уровне примерно 10 А. Если 10 А умножу на 1000 Ом, то у меня получится падение напряжения в 10 кВ, в 20 А – 20 кВ, но 10 кВ ли это, 20 кВ ли это, все равно это ничтожно малая величина по сравнению с напряжением между землей и каналом молнии. Потому что молния эта несет потенциалы, которые измеряются десятками в лучшем случае, а то и в большей величине, сотнями мегавольт. И снижение этого напряжения в таких пределах оно никем и никаким образом не чувствуется и именно по этой причине говорить о том, что молниеотводы могут плохо работать в зоне вечной мерзлоты, то эта мысль абсолютно бестолковая и бессмысленная. Молниеотводы работают так, как они работали в Сочи, в Москве, в Санкт-Петербурге и где хотите. Поэтому на этот вопрос надо отвечать отрицательно и стопроцентно отрицательно.

Бестросовые ВЛ в районах вечной мерзлоты

Тем не менее мы лезем с вами в ПУЭ и видим в ПУЭ такие слова, я дословно написал, что сооружения ВЛ напряжением в 110 – 500 кВ или их участков без тросов допускается. И дальше: допускается в районах, где находятся плохо проводящие грунты с удельным сопротивлением выше, чем 1000 Ом*м, это как раз вечная мерзлота и там оказывается можно строить линии без тросов. Почему? Потому что тросы плохо работают? Ничего подобного. Мы только что с вами убедились, что тросы работать плохо не могут. Почему же можно строить линию без тросов? Да только из-за того, что принимая ток молнии, этот самый грозотрос направляет его в заземлитель опоры. И высокое сопротивление заземления опоры, скажем в 100 Ом, дает миллион вольт от токов в 10 кА, а 10 кА – это очень слабенькая молния. А миллион вольт – это напряжение за глаза достаточное, чтобы разрушить изоляцию линии, например в 220 кВ, уж сто процентов. Поэтому тросы не бесполезны. А тросы не могут нормально работать не из-за того, что они плохо перехватывают молнию, а из-за того, что ток, который они перехватывают, дает падение напряжения достаточное для обратного перекрытия изоляции. Здесь сделать вроде бы ничего и нельзя.

Требования ПУЭ

И поэтому главная проблема, которая сегодня возникает в области вечной мерзлоты – это не улучшать работу молниеотводов, они хорошо работают, а это сделать безопасным растекание токов молнии в этом самом вечномерзлом грунте. Вот где проблема. Давайте снова с вами глянем на ПУЭ. Что же делает ПУЭ? Смотрите, вот таблица, которую я выписал из ПУЭ. Если удельное сопротивление заземления грунта больше чем 1000 Ом*м, то в этом случае сопротивление заземления и опоры линии электропередач должно быть не больше, чем 30 Ом. А если линия двухцепная, то эту величину рекомендуется снизить еще в два раза, то есть сделать примерно 15 Ом. А если это сопротивление более 5000 Ом, а это сто процентов будут вечномерзлые грунта, то тогда есть такая расчетная формула, при которой это сопротивление получается прямо пропорционально удельному сопротивлению грунта и имеет такую величину, которая здесь написана. Так вот написать это можно, это очень легко написать в ПУЭ. А вот вопрос: можно ли сделать такое сопротивление заземления в грунте, удельное сопротивление которого больше чем 1000 Ом*м?

Минимально возможное сопротивление заземления в заданном объеме опоры ВЛ

Мы специально занимались этим самым вопросом, и я хочу показать, что получается на самом деле, если я теперь хочу сделать в плохих грунтах то сопротивление заземления, которое требует ПУЭ. Смотрите, я хочу сделать совершенно невероятную вещь, я хочу у фундамента опоры сделать территорию, которую я полностью набью металлическими заземляющими электродами. И у меня есть расчеты. Один расчет сделан для глубины этих заземляющих электродов в 3 метра, а другой расчет сделан для совсем глубокого фундамента 10 метров глубиной. И я теперь хочу в грунте удельным сопротивлением 3000 Ом*м сделать 30 Ом. Это отношение тогда получается равной 0,01. И получается что, для того чтобы сделать такое сопротивление заземления десятиметровыми стержнями, ими надо забить площадь 30х30 метров в окрестностях опоры, а если это трехметровые, то даже 40х40 метров в окрестностях опоры. Скажите мне, пожалуйста, где вы найдете такого «идиота», который рискнет это сделать? И самое главное – кто ему разрешит это сделать? И особенно если иметь в виду вот какую штуку, что делать это надо в районах вечной мерзлоты, то есть в тундре. И в тундре будет изуродован поверхностный слой, который восстановится после этого примерно через 15, а то и 20 лет. Экологические требования никогда в жизни не позволят вам сделать это. А ПУЭ говорит: «Делай!». А вы не сделаете. На что пойдут люди? Люди пойдут на подлог, они напишут липовые цифры, которые ни в коем случае не будут отвечать тому, что требует ПУЭ. И по делу мы, занимаясь измерениями сопротивления заземления в таких местах, видели сопротивление заземления опор вместо 30 Ом – 100 Ом, 200 Ом и даже 300 Ом.

Минимальная длина горизонтальной шины

А вот теперь второй вариант. Я не буду делать такой сосредоточенный заземлитель, я хочу сделать вот какую штуку, я хочу сделать протяженный заземляющий электрод. И в этой таблице показаны те длины заземляющих электродов, которые нужны для того чтобы сделать те сопротивления заземления, которые требуются в ПУЭ. При удельном сопротивлении 3000 Ом*м длина заземляющего электрода получается равной 250 метров с небольшим. Длина пролета линии электропередачи примерно такая. То есть у вас получается протяженный заземлитель, который никто никогда в жизни не сделает. Понимаете? То есть ПУЭ закрывает глаза на реальность и из-за этого получаются примерно те вещи, которые я показываю.

Что это такое - вечно мерзлый грунт?

Теперь, а все-таки что такое вечномерзлый грунт? Давайте смотреть на этот вечномерзлый грунт, вот с какой позиции. Мы не будем интересоваться, что там зимой. Нет у нас в наших районах там зимних гроз. Это в Японии на берегу моря бывают зимние грозы, а у нас в России, в зонах вечномерзлых грунтов никаких зимних гроз нет. И давайте говорить о летних грозах, когда часть этого верхнего грунта все-таки растаяла. В этом случае получается такая вещь: в разных районах вечной мерзлоты оттаивает в среднем где-то около метра поверхности земли. И в этом оттаявшем слое удельное сопротивление грунта в зависимости от того, что это за грунт, удельное сопротивление этого небольшого слоя максимум метрового, оно примерно 500 Ом*м – 1000 Ом*м, не такое уж и страшное. А вот подложка – это кошмар, потому что мерзлая подложка, она имеет сопротивление заземления 20 000 Ом*м – 50 000 Ом*м и в таких условиях и будут работать те заземлители, с которыми вы будете иметь дело. Именно эти заземлители надо рассчитывать.

Контур заземления в мерзлом грунте

Давайте посмотрим, что же у нас будет. Вот я считаю контур заземления в виде сетки из горизонтальных полос, сетка образует ячейки 10х10 метров, это типично. И теперь в зависимости от длины контура, смотрите, на этом графике какие получаются сопротивления заземления. Если взять стометровый длиной контур, то есть у вас сетка 100х100 метров и у нее сделаны ячейки 10х10 метров. Это приблизительно получается 150 Ом сопротивление заземления. Кого оно устроит? Если по такому сопротивлению заземления в 150 Ом течет ток 1 кА, то у вас напряжение на этом контуре будет 150 кВ. А если течет средний ток молнии в 30 кА, то у вас сопротивление заземления будет 4,5 млн В. Вот какова ситуация. Можно ли с этой ситуацией мириться? Наверное, очень сложно.

Химически активные заземляющие электроды

И из-за того, что с этой ситуацией очень сложно мериться, надо с ней что-то делать. Что мы делали в зонах нормальных грунтов? Что мы делали, когда мы получали плохие грунты? Первое, что приходило всем на ум – это делать насыпку хорошего грунта. Здесь это бессмысленно. Почему? Потому что насыпьте вы грунт или не насыпьте, а оттает все равно не больше одного метра. Это операция, в общем, совершенно бессмысленная. Тогда возникает второй вопрос, вопрос более принципиальный и серьезный. Ребята, давайте делать химические активные электроды, то есть те электроды, которые внедряют электролит в этот вечномерзлый грунт. Что я могу сказать про химические активные электроды? Ими достаточно серьезно занимались у нас в России в грунтах умеренного удельного сопротивления. На уровне 300 Ом*м – 400 Ом*м в обычном грунте это делали и смотрели, как меняется кратность снижения сопротивления заземления, когда туда засовывали такие активные химические электроды. Сегодня за этими электродами следят больше трех лет. Те данные, которые я вам показываю, это данные наблюдений в течение примерно полутора лет. Кратность снижения сопротивления заземления находится на уровне трех, это не такая плохая цифра, чтобы с ней не считаться. Но вопрос заключается вот в чем: я это делал в обычных грунтах, вернее не я это делал, а это делали люди экспериментальной работы, которых вы можете увидеть в Интернете и в литературе. Но сделать это в вечномерзлых грунтах никому пока не удавалось. Конечно, это достаточно серьезная работа. И эту работу надо обязательно делать, но какой там будет кратность снижения сопротивления заземления, с налету сказать, наверное, не сможет никто.

Применение DAS - их преимущества в вечно мерзлом грунте

Есть шанс, что он будет не хуже, чем в средних грунтах. Есть достаточно серьезный шанс, но нам хотелось, чтобы было не просто не хуже, а чтобы было раз в 10 – 20 лучше. Вот что надо. И для этого, безусловно, эти электроды надо испытать в таких условиях. Сегодня на это никто не решился у нас в России. А за границей я видел рекламу, где кричат о том, что эти электроды работают очень хорошо. Только когда я начинал искать концы, а почему такая убежденность есть, на мои вопросы не отвечали. Понимаете? Вот в чем дело. Если вы всерьез заинтересованы этим делом, то рискните выполнить такую работу и тогда все станет ясно. Теперь почему я вдруг вспомнил о другой штуке, с которой работает та самая фирма, что предоставила нам эфир? Фирма, которая предоставила нам эфир, предлагает на своем рынке применять так называемые «DAS» – это электроды, которые активно управляют молнией. Я не говорю о фирме ZANDZ.com хотя бы из-за того, что знак этой фирмы находится у меня за головой, я это очень хорошо знаю. Так вот что это за электроды и почему о них приходится разговаривать, говоря о зоне вечной мерзлоты? Вот в чем дело, эти электроды имеют на своей поверхности до десяти тысяч экранирующих иголок, которые дают над вершиной этого самого зонтика слой объемного заряда. И этот слой объемного заряда экранирует электрод или то, что под ним находится, и молния этот электрод просто не видит. Дело не в том, что зонтик перехватывает молнию, он не перехватывает молнию, молния не видит его и не видит высокий объект, который под ним находится. Понимаете? Представьте себе антенну, над которой весит этот зонтик. Молния не видит ни зонтика, ни антенны, это значит, что по антенне не течет ток молнии, это значит, что этот ток не растекается в грунте и это значит, что этих высоких сопротивлений, высоких напряжений на сопротивление заземления просто нет. Понимаете? Они не возникают, не возникают из-за того что число ударов в сам зонтик и в объект под ним снижается, вообще говоря, в десятки раз, но в 10 – 20 – запросто. Если вам надо устранить электромагнитные воздействия и воздействия от тока молнии на плохих грунтах, а защитить вам надо один единственный сосредоточенный объект, например, антенну дальней связи, которая стоит на территории нефтеперекачивающей станции. Поставив такой зонтик, вы устраните удары в нее и устраните все электромагнитные воздействия, которые связаны с этим током молнии и связаны с растеканием тока по плохому грунту в зоне вечной мерзлоты. Для этой цели применение «DAS», на мой взгляд, … я еще раз повторю, исключает… и сам «DAS» и то, что он прикрывает, например, высотную антенну, которая стоит на территории нефтеперекачивающей станции или какого-нибудь газораспределительного пункта. И тогда из-за того что нет удара, нет и электромагнитных воздействий, электромагнитных наводок на аппаратуру и нет тока, который течет в паршивом грунте и нет перенапряжений на больших сопротивлениях заземления. И это очень благоприятное решение. К сожалению, «DAS» закрывает только то, что он закрывает. А вопрос заключается вот в чем. А если я махну рукой на «DAS» и начну придумывать нечто такое, чтобы эффект такой был на большой площади. Можно ли это сделать?

Экранирующий эффект короны

Есть основания считать, что сегодня такую вещь сделать можно. Можно защитить в зоне вечной мерзлоты большую территорию, исключая удары молнией на нее. Но нужно для этой цели, пойти вот на какую штуку, нужно отказаться от стержневых молниеотводов и использовать тросовые молниеотводы. Причем тросовые молниеотводы такие, которые как зонтик «DAS» экранируют. Если такие электроды экранируют, то благодаря этому делу, надежность защиты любой системы возрастает приблизительно почти (смотрите, это логарифмический масштаб) на два порядка величины, на полтора порядка величины. То есть, применяя такую систему, можно ограничить очень сильно число ударов, причем ограничить число ударов не только в саму территорию, но и в провода, в эти самые экранирующие тросы, которые выполняют функцию молниеотводов.

Чего ждать от мультитроовой защиты

Получается так, что число ударов в сами грозотросы снижается примерно в три раза. А дело то вот в чем, что если у меня есть тросовая молниезащита, то я что могу сделать? Смотрите, вот у меня защищаемый объект, а вот опоры тросовых молниеотводов я могу вытащить за защищаемую территорию. В зонах вечной мерзлоты это довольно просто сделать по той простой причине, что, как правило, это территория не застроенная. И я могу вытащить опоры тросовых молниеотводов за нужную мне территорию. И тогда у меня получится следующая вещь, у меня получится, что те токи, которые будут растекаться, они не будут растекаться по нужной мне территории, они будут растекаться по свободному пространству, по тундре. Но это еще не все.

Скользящие искровые каналы в вечно мерзлом грунте

Дело заключается в том, что в зоне вечной мерзлоты от молниеотвода, от его заземлителя, от его опоры по грунту формируются скользящие искровые разряды. По существу это та же самая молния, я о ней говорил не один раз на семинарах, но только молния, которая формируется вдоль поверхности грунта. И если это грунт плохой, если это вечномерзлый грунт, то каналы эти могут развиваться на длину на 50 – 60 метров, даже на 100 метров и тащить на себе ток молнии. А здесь отодвинув опоры и поставив их на приличное расстояние, я могу вот что сделать, я могу направить эти разряды, поместив горизонтально электроды в безопасную сторону. И пусть они текут по тундре, а на защищаемую площадку они не попадут.

Чего ждать от мультитросовой защиты

И тросовые молниеотводы в совокупности, все вместе, это и дает возможность сделать такую вещь, что вы защитите с высокой надежностью в 0,999 территорию, уменьшите число ударов в грозотросы и утащите в сторону токи, которые чрезвычайно опасны в плохих грунтах. Применение тросовой молниезащиты в зонах вечной мерзлоты, на мой взгляд, в буквальном смысле слова будущее молниезащиты. Но, к сожалению, когда у нас проектируется молниезащита в вечномерзлых грунтах, последнее такое решение было сделано на заводе, на Ямале, пока там стоят все еще стержневые молниеотводы.

Ликвидация обратных перекрытий - сложная, но решаемая проблема

Теперь вот какой вопрос: что такое тросовая молниезащита? Тросовая молниезащита – это значит, что у вас тросы весят над теми объектами, которые вы защищаете. Это значит, что на изоляцию этих промежутков между тросом и объектами на земле будет действовать перенапряжение, которое определяется в первую очередь сопротивлением заземления опор тросовых молниеотводов. А сопротивление заземления этих тросовых молниеотводов в вечномерзлых грунтах будут плохими. И вот возникает вопрос: а не будет ли здесь тех самых обратных перекрытий, которые привели к тому, что на линиях электропередачи тросы просто не вешают? Там обратные перекрытия наверняка перекрывают изоляцию и все так получается. В случае тросовых молниеотводов ограниченной длины, длины всего лишь в 100 – 300 метров, решить вопрос о том, чтобы этих перекрытий не было даже при плохих грунтах, все-таки можно. График, который вы видите, рассчитан вот в какой ситуации: вечномерзлый грунт, он оттаял всего на один метро, удельное сопротивление этого оттаявшего слоя 1000 Ом*м, больше не бывает, а дальше подложка из плохого мерзлого грунта с удельным сопротивлением 50 000 Ом*м. И в этом случае, оказывается, сделав изоляционный промежуток между тросами и объектами, который защищает на уровне примерно 10 метров, можно довести надежность защиты до 0,98. То есть только в двух процентах ударов молнии будут эти самые обратные перекрытия. Сделать изоляционный промежуток в 10 метров на длине всего лишь 200 метров – это не проблема, это проблема, когда вам надо делать на 200 километрах. А когда вам надо сделать всего на 200 метров и у вас всего две опоры, то это не проблема. Такую вещь решить можно и использовать тросовую молниезащиту это не помешает. Мешает нам традиция. Привыкли к стержням, а к тросам нет.

Занос высокого напряжения по подземным коммуникациям

Есть еще один момент, на котором я хочу остановиться, прежде чем я буду заканчивать. Вот какой вопрос: есть такой бестолковый термин, но он фигурирует в РД 34 – это занос высокого потенциала, о чем идет речь? Речь идет вот о чем: у вас в грунте проложены какие-то металлические коммуникации, например газопровод или нефтепровод. Где-то там совсем далеко есть удар молнии, и от места удара часть тока молнии движется по этой самой подземной коммуникации и приходит к вашему объекту. Если грунт хороший, то в этом случае большая часть этого тока стечет по дороге и растечется по грунту. А если у вас грунт вечномерзлый и оттаял только тоненький метровый слой, в котором находится трубопровод, то распространяться достаточно серьезно такая волна высокого потенциала может очень на приличные расстояния. Например, расстояния порядка, скажем, полкилометра у вас может дойти почти половина тока молнии. Иметь в виду эти обстоятельства очень важно и считаться с этим очень важно. И проектировать защиту нужно имея это все в виду. Наверное, на этом я и готов закончить.

- Вопрос: «Что вы скажете о химических заземлителей для этих районов?».

- Я еще раз говорю, никто, как мне известно, не проверял у нас в России работу химически активных заземлителей в районах вечной мерзлоты. В районах умеренных широтах их проверяли и проверяют. Я с уверенностью могу сказать, что при удельном сопротивлении грунта 300 Ом*м – 400 Ом*м применение химически активного электрода в течение нескольких лет снижает это сопротивление примерно втрое. Это голый факт. Во сколько раз будет снижено сопротивление заземления в вечномерзлых районах, рассчитать невозможно. Я за такую задачу не возьмусь и подозреваю, что никто не возьмется. Хотелось бы, чтобы эти сопротивления заземления снизились хотя бы на порядок величины, но надо проверить и убедиться так это или нет так. Рекламные проспекты американской фирмы, которые уверяют, что они у себя на Аляске снижают сопротивление заземления в десяток раз, я видел. Но когда я в неофициальном виде обратился к своему знакомому, который знает, что там делалось, он не смог мне ответить, на каком основании это утверждение в рекламном проспекте сделано. Нужно решиться на такие измерения. Я считаю, что этот вопрос сбрасывать со счета ни в коем случае нельзя.

- Хорошо, спасибо! Идем дальше. Уточнение от Андрея: «То есть на сопротивление контура заземления можно не обращать внимания?». Это видимо относится к какому-то из слайдов, если можете, то прокомментируйте.

- Значит, что я показал? Я показал следующую вещь. Вы строите обычный контур заземления в виде сетки в зоне вечной мерзлоты и смотрите, что у вас получается. Если вы в обычном грунте с удельным сопротивлением 200 Ом*м – 300 Ом*м сделаете квадратную сетку протяженностью в сотню метров с ячейками 10х10, вы выйдите на сопротивление заземления, которое будет измеряться единицами Ом. А если вы точно такую же сетку сделаете в вечномерзлых грунтах, то у вас получится где-то на уровне 100 Ом. Понимаете? То есть добиться чего-то серьезного, делая развернутые большие по площади контуры заземления в зоне вечной мерзлоты, на это рассчитывать не приходиться. Вот что я хотел показать.

- Хорошо, спасибо. От Виктора достаточно объемный вопрос: «Эдуард Меерович, сможете ответить на такой вопрос? Есть объект на Дальнем Востоке в районе Байкала, на котором проектирую здания, заземление и молниезащиту делает смежная организация. При этом очень плохие грунты 0,2 метра – растительный слой, дальше песок и граниты, грунтовые воды не нашли. И эти грунты промерзают на глубину примерно 3,5 метра, не вечномерзлые, но почти. Какие значения сопротивления заземляющего устройства для электробезопасности молниезащиты стоить взять? 10 Ом – 20 Ом – тяжело выдержать, 40 Ом – для электробезопасности и 40 Ом – 100 Ом в импульсном режиме – это вопрос. А про электролитическое заземление производители говорят, что могут не помочь. Как быть? Менять грунт?». Вот такой большой вопрос. Можете прокомментировать?

-Понимаете, прокомментировать я могу, только толку от моих комментариев будет не очень много. Вот в чем дело, я не вправе менять требования, которые заложены в ПУЭ. И если в ПУЭ к примеру написано 30 Ом, то надо делать 30 Ом. А вот вопрос, как вы это будете делать, на этот вопрос ПУЭ не отвечает. Знаете, в свое время был анекдот о бедном еврее, который добился прийти на прием к Сталину и положил на его стол коробку. Сталин спросил: «Это что?». Тот сказал: «Вот коробка. Нажимаешь кнопку – взрывается рейхстаг и война кончается». Сталин сказал: «Прекрасно! А как будет это сделано?» – «А это пускай инженеры придумают». Так вот ситуация именно такая. ПУЭ пишет требования, которые нельзя выполнить. Понимаете? И тут я сделать ничего не могу, хотя я все время пытаюсь добиться того, чтобы у нас были пересмотрены нормативные документы. Теперь вопрос: что делать? Я думаю, что все-таки первый ответ, который надо делать – это насыпка грунта. Такую насыпку грунта в очень плохих местах я видел своими собственными глазами. Это было в районе Карельского перешейка, где на достаточно большой территории был насыпан грунт толщиной почти в 3 метра. Эффект был хороший. Теперь про активные химические электроды. Химически активные электроды, конечно, действуют. Это не выдумка. Есть вопрос, в какой степени они будут действовать в ваших условиях? На этот вопрос, я еще раз говорю, ни у кого у нас в России нет ответа, потому что этого никто не сделал. Их проверяли, хорошо проверяли только в средних по удельному сопротивлению грунтах. Нужно хотя бы один раз решиться на такую проверку. А верить зарубежной рекламе не очень хочется. Вот что я могу сказать.

- Спасибо. Александр уточнял: «Во сколько раз увеличивается сопротивление заземления при замерзании грунта?». Смотрите, во сколько раз. Значит, оттаявший слой в зонах вечной мерзлоты имеет удельное сопротивление не выше чем 1000 Ом*м, а подложка под ней – 20 000 Ом*м и это минимум, то есть речь идет о десятках раз.

- Спасибо. «DAS» – это основной элемент молниезащиты, содержащий тысяча иголок, переносящий заряд собранной системой заземления в окружающую атмосферу, создавая тем самым облако объемного заряда. Но полярность земли и облака разная. Получается наоборот притяжение молнии к молниеотводу.

- Сейчас я буду говорить. Вот в чем дело, как правило, молнии у нас в России, во всяком случае, их примерно 90% отрицательные, они несут отрицательный заряд. В результате этого на поверхности заземленного электрода наводится положительное напряжение, и правильно говорите, что выбрасывается положительный заряд. Что делает этот положительный заряд? С молнией он не делает ровным счетом ничего. И главная ошибка, когда критиковали «DAS», была именно в этом. «DAS» действует не за счет того, что выброшенный заряд влияет на молнию. Нет. Этот положительный заряд влияет на тот канал, который развивается от молниеотвода сквозь слой этого объемного заряда к молнии. А этот канал, этот встречный лидер, он положительный и именно его задавливает этот слой объемного заряда. Поэтому никакого противоречия здесь нет. Это то самое противоречие, которое приводило в недоумение специалистов главным образом зарубежных, когда они критиковали «DAS». На самом деле объемный заряд подавляет ионизационные процессы, которые от молниеотвода идут навстречу молнии. Вот о чем идет речь.

- Спасибо. «Как будет работать экранирование тросов, если они установлены на самом объекте молниезащиты и использует металлические конструкции этого объекта?».

- Тросы должны быть установлены следующим образом. По сути дела эти тросы заземлены, они подняты над землей и заземлены. Когда возникает электрическое поле грозового облака, тросы находятся в этом электрическом поле грозового облака и на них электростатической индукции наводится заряд противоположного знака. И если вы правильно выберете диаметр троса, то за счет этого заряда трос начнет экранировать и выбрасывать пространство над системой тросов протяженный слой объемного заряда короны. Вот как это будет действовать. Такие системы очень хорошо считаются, все это поддается очень строгому расчету и в настоящее время существует и методика выбора диаметра этого самого троса и высоты их подвеса и шага, с которым они должны расставляться по защищаемой территории. Вся такая методика разработана, вообще говоря, нашим институтом и готова к практическому применению.

- Хорошо, спасибо! «Какой вред экологии дает мультитросовая защита? И на каком расстоянии можно чередовать постройки с такой защитой?».

- Какой экологический вред наносят тросы? Я вообще не могу представить, какой вред они могут наносить, и вот по какой причине, потому что эти тросы заземлены и когда нет грозовой обстановки, они вообще никаким образом не действуют. Говорить об их экологическом вреде, я бы просто не решился. Я просто не представляю себе, что здесь может быть. А вот с каким шагом расставляются эти тросы, я вам могу сказать. Примерно, это, конечно, надо считать точно для всех условий, но примерно они должны находиться над землей на тридцатиметровой высоте. Их превышение над защищаемыми объектами, об этом я показывал график, это превышение будет на уровне примерно десятка метров. Выше – пожалуйста! А меньше – могут быть пробои.

- Хорошо, спасибо! Еще уточнение, видимо по одному из предыдущих комментариев: «Канал положительный и заряд положительный, как они друг от друга могут экранировать?».

- Дело заключается вот в чем, если у вас есть электрод, на котором находится положительный заряд, наведенный электростатической индукцией, положительный заряд на электроде, а над ним находится еще положительный заряд, тот этот еще положительный заряд наводит на электроде отрицательный заряд. В результате чего суммарный положительный заряд уменьшается и положительное электрическое поле уменьшается. И поэтому ионизационные процессы от этого электрода, связанные с развитием положительных газоразрядных элементов, происходить не могут. Давайте сделаем так, если эти вопросы действительно кого-то интересуют, то задайте их на тот семинар, который намечен на сентябрь месяц. И не словами, а делами и картинками покажу, как все это выглядит. Потому что говорить словами о значениях электрического поля – это не самая благодатная вещь. А показать все это можно и нужно, я готов это сделать.

- Спасибо! Я тоже про это хотел сказать. Коллеги, пожалуйста, напишите в чат или в список вопросов, что вопрос такой-то на вебинар в сентябре. Мы эти вопросы все соберем.

- Я даже на это 15 – 20 минут на это потрачу, потому что знаете, вы не думайте, что этот вопрос у вас возник по незнанию, этот вопрос не понимает очень много народа. Это действительно надо убедительно показать. Вы абсолютно правы, что его задаете и правильно делаете.

- Хорошо. Соответственно напишите в чате с пометкой, что этот вопрос для вебинара в сентябре. Идем дальше. «Правильно ли я понимаю, что металлические сетки в вечномерзлом грунте – это, по сути, уравнивание потенциалов?».

- Да, нет. Не только уравнивание потенциалов, это, конечно, все-таки и снижение сопротивления заземления. Плохо работают, но они не потенциал плохо уравнивают, потому что если вы сейчас меня спросите, а почему вы ничего не говорили о напряжениях шага и прикосновения? В вечномерзлом грунте сетка 10х10 метров будет очень плохо обеспечивать безопасное напряжение шага. Если такие сетки очень хорошо работают в нормальных грунтах, то в вечномерзлых грунтах у вас напряжение шага будет такое, что у вас волосы зашевелятся на голове. Я просто из-за недостатка времени не тронул вопрос об электробезопасности, о напряжении шага и прикосновения. Но плохо там дело с напряжением шага и прикосновения, плохо, потому что чем хуже грунт, тем больше все эти величины.

- Понятно, хорошо. «Чем определяется направление движения тока молнии, текущий по грунту?». И еще было уточнение по ходу вебинара, когда вы показывали, что электрод направляется от защищаемого объекта, писали, что ситуация была обратная. Как реальный пример и поэтому уточняют, чем определяется.

 

- Ток растекается всегда от той точки, куда бьет молния, вообще говоря, во все стороны, если у вас система симметричная. Если у вас система несимметричная, то он растекается с каждого электрона и существует уравнение, которое точно дает возможность показать, как этот ток распределяется по пространству. Эти задачи все решаются, и благодаря решению этих задач решается два вопроса. Первый вопрос, который решается, вот какой. У вас есть заземлитель молниеотвода, у вас от этого заземлителя растекается по земле ток, а где-то по соседству идет какая-то другая металлическая коммуникация, например, труба газопровода. И часть этого тока найдет эту трубу и в нее попадет. Эта задача совершенно точно решается и можно точно рассчитать, какое количество тока завернет в эту трубу. Вторая задача, которая таким образом решается, это следующее: по контуру растекается ток и вдоль этого грунта создается электрическое поле и человек, стоящий ногами на этом грунте, попадает в это электрическое поле и напряжение шага определяется как раз тем, как растекается этот ток. Для того чтобы решить эту задачу, надо знать, как устроен заземлитель молниеотвода и нужно знать удельное сопротивление грунта. Задачи решаются точно, строго и на то имеется достаточно большое количество программ в том числе, которые и наш институт делал.

- Хорошо, спасибо! «Если объект расположен в районе вечной мерзлоты, но заземлитель расположен под водой в заливе. И ожидаемое сопротивление менее 0,5 Ом. Есть ли отличие в растекании тока молнии под водой по сравнению с обычным грунтом в средней полосе РФ? Есть ли какие-то особенности подводного заземления, которые стоит принять во внимание?».

- Не стоит принимать ничего во внимание. Совсем ничего не стоит принимать, кроме может быть одного. Если вы хотите узнать, как меняется это сопротивление заземления за счет искровых процессов. В обычном грунте они будут идти, а в жидкой среде этих искровых процессов практически не будет. А все остальное совершенно точно также. Есть только один момент, этот момент вот какой: как далеко находится залив, который бы сделал это самое сопротивление заземления от объекта, который его использует. Если это большое расстояние, скажем, расстояние в 200 метров, то вот что получится: у вас волна должна добежать до этого залива и вернуться назад, пробежав, таким образом, 200 метров туда и 200 метров оттуда. И суммарное время этого пробега будет больше чем 1 мкс, а фронт импульса тока молнии может быть меньше 1 мкс. И тогда к тому моменту, когда у вас начнет работать подводный заземлитель, ток молнии на объекте достигнет уже максимальной величины и тогда пользы от вашего заземлителя в этом отношении будет не очень много.

- Хорошо. Спасибо! «Какие документы регламентируют таблицы расчетов? А именно: высота, высотные опоры и толщина троса?».

- Вы знаете, какое дело, государственных таких документов нет. Наш институт разработал отраслевой стандарт по использованию мультитросовой молниезащиты для «Россетей». У них такой стандарт существует. Насколько мне известно, его утвержденной редакции пока еще нет, потому что это совсем недавняя работа.

- Есть еще вопрос не совсем по теме этого вебинара, если можете, то прокомментируйте: «В последнее время много говорят о возможностях формирования, опережающего восходящего разряда, то есть лидера. Как это возмоно?».

- Говорят люди, которые торгуют активными молниеотводами. Люди, которые торгуют активными молниеотводами, говорят, что если вы у нас купите за 100 тысяч рублей насадку и посадите эту насадку на свой молниеотвод, то у вас начнется опережающее развитие лидера. Для того чтобы такие штуки работали, а они могут работать, нужно иметь амплитуду напряжения где-то поближе к 500 кВ, а длительность этого импульса, который будет толкать встречный лидер, должна быть где-нибудь близка к 1мс. На деле то, что предлагают рынки, фирмы, которые продают активные молниеотводы, на деле максимальное напряжение, которое я видел, это было где-нибудь раза в 2,5 меньше, но это не так страшно. А длительность импульса была примерно в сто раз меньше. И поэтому такой импульс ничего путного сделать не мог. Я еще раз говорю, что сделать это можно, но совсем за другие деньги и другими техническими средствами.

- Хорошо, спасибо! Коллеги, напишите, пожалуйста, в чат, есть ли еще вопросы, на которые мы сегодня не ответили по теме сегодняшнего вебинара, потому что время у нас заканчивается. Если вопросов нет, то тоже напишите, чтобы мы понимали, что вопросов нет, и завершали вебинар.

- Вы знаете, я хочу сказать только два слова. Вы знаете, какая штука, не решены еще задачи молниезащиты в зоне вечной мерзлоты. И для того чтобы они были решены нужны, сегодня нужно называть открытым текстом, материальные вложения. Если будут вложены деньги в эту проблему, то она будет, безусловно, решена и решена неплохо в течение ближайших нескольких лет. Но если мы будем заниматься гаданием на пальцах, а в какой-то степени мы сегодня этим и занимались, то толку все равно не будет. Поэтому если здесь есть представители мощных организаций, которые располагают не такими уж и большими деньгами для этой работы, организуйте ее и с вами начнут работать все специалисты, которых вы захотите привлечь к этому делу.

Спасибо за внимание


Смотрите также: