лекция. Пята я типовые схемы сетей электроснабжения и размещение в них защитных устройств

• Название: Пята я типовые схемы сетей электроснабжения и размещение в них защитных устройств
• Анкор: лекция.docx
• Дата: 17.01.2018
• Размер: 7.85 Mb.
• Имя файла: лекция.docx
• Тип: Глава; #14355
• страница: 7 из 18

Рис. 9.24. Зависимости защитных углов от высоты молниеотвода при разных уровнях молниезащиты
Таблица 9.8. Радиус расчетной сферы и размеры молниезащитной сетки при разных уровнях защиты

Уровень защиты	Радиус сфера , м	Размеры ячеек молниезащитной сетки, м×м
I	20	5×5
II	30	10×10
III	45	15×15
IV	60	20×20

Если высота сооружения превышает указанные, то при определении защитных зон используется метод катящейся сферы.

При высоте молниеотвода менее 2 м защитный угол не зависит от высоты молниеотвода.

На рис. 9.25—9.29 демонстрируется метод катящейся сферы. Перемещение сферы по объекту простейшей формы (рис. 9.25) определяет защитные зоны, создаваемые самим объектом, и возможные точки удара молнии в верхнюю часть объекта. Защитными зонами являются пространства между катящейся сферой и защищаемым объектом. Перемещение сферы по поверхности земли вокруг объекта позволяет найти площадь, ограниченную штрихпунктирной линией на рис. 9.26, которую можно использовать при расчетах числа ударов молнии в объект за грозовой сезон, используя плотность ударов молнии (число ударов в единицу площади).

Рис. 9.25. Точки касания сферы и защищаемого объекта, в которые может ударить молния (вид сбоку)

Рис. 9.26. Точки касания сферы и объекта (вид сверху)
Как отмечалось ранее, эта плотность зависит от географического места, интенсивности грозовой деятельности и т.д.

Метод катящейся сферы для определения защитных зон в комплексе зданий продемонстрирован на рис. 9.27. Защитной зоной является пространство между катящейся сферой и защищаемым объектом.


Рис. 9.27. Защитные зоны комплекса зданий, определяемые методом катящейся сферы:

1 - области, требующие защиты; 2 — мачта на здании; — радиус сферы

Рис. 9.28. Защитные зоны, полученные методом катящейся сферы
На рис 9.28 приведен пример определения защитных зон и мест возможных ударов молнии (жирные линии).

Если поверхность, на которой размещен молниеотвод, наклонная (рис. 9.29), то ось защитной зоны перпендикулярна поверхности, Вершина конуса защитной зоны совпадает с вершиной молниеотвода.

Защитная зона между двумя стержневыми или тросовыми молниеотводами определяется методом катящейся сферы согласно рис. 9.30 и 9.31.

Метод катящихся сфер, ранее называвшийся электрогеометрическим, в 30-е годы прошлого столетия предусматривал аналитическую зависимость радиуса сферы R от максимального тока молнии Однако в настоящее время радиус сферы выбирается в зависимости от уровня защиты по табл. 9.8.

Молниеотводы, отдельно стоящие (рис. 9.32) и установленные на крыше (рис. 9.33) характеризуются защитным углом. Удовлетворительная молниезащита достигается комбинацией вертикальных и горизонтальных молниеотводов (рис. 9.34), стержневых и сетчатых молниеотводов (рис. 9.33).

На рис. 9.33 и 9.36 показан пример установки стержневых молниеотводов на крыше. Защитный угол (рис. 9.36) определяется высотой молниеприемника над защищаемой поверхностью (базовая поверхность — крыша); защитный угол определяется суммой высот молниеприемника относительно крыши и высоты здания (базовая поверхность — земля).

Рис. 9.29. Зона защиты стержневого молниеотвода, установленного на наклонной поверхности, определенная метолом катящейся сферы:

а — метод катящейся сферы, б — границы зоны зашиты. 1 — тона зашиты; 2 — базовая плоскость; 3 — стержневой молниеотвод; h — расчетная высота стержневого молниеотвода; - физическая высота стержневого молниеотвода; — защитный угол; В, С — точки соприкосновения катящейся сферы с молниеотводом и базовой плоскостью; С — границы защищаемой области

Рис. 9.30. Защита от прямых ударов молнии объектов, расположенных на крыше, с помощью вертикальны молниеприемников:

1 — катящаяся сфера радиуса R для определения защитных зон; 2 — стержневые молниеприемники; 3 - электротехническое оборудование; 4 — спуски, 5 — металлический резервуар; s — расстояние между электрооборудованием и молниеприемником или спуском

Рис. 9.31. Защитная зона двух горизонтальных молниеотводов, определенная метолом катящейся сферы ():

1 — горизонтальные провода, 2 — базовая плоскость; 3 — зона защиты; — физическая высота молниеотводов над базовой плоскостью; р — провисание сферы; R — радиус сферы: d — расстояние между молниеотводами

Рис. 9.32. Система молниезащиты с двумя отдельно стоящими молниеотводами и зона защиты, определенная с помощью метола защитного угла:

а — вертикальная проекция; б — горизонтальная проекция; 1 — мачта молниеотвода; 2 — защищаемый объект, 3 — земля (базовая поверхность); 4 - пересечение защитных зон; s — наименьшее расстояние между молниеотводом и защищаемым объектом; - защитный угол
Молниеприемники, горизонтально установленные над проводящей крышей, показаны на рис. 9.37. В этом случае катящаяся сфера радиусом R должна быть выше выступов на крыше (превышение обозначено буквой а).

Молниеотвод в виде горизонтального проводника установленного выше конька крыши, показан на рис. 9.38. Защищаемый объект должен полностью находиться в защитной зоне, определяемой защитным углом.

Примеры молниеприемников в виде сеток, устанавливаемых на крышах, приведены на рис. 9.39 и 9.40. Размер ячейки М выбирается по табл. 9.8 в зависимости от



Рис. 9.33. Пример выполнения системы молниезащиты стержневыми молниеотводами, установленными на защищаемом объекте:

1 – стержневые молниеотводы; 2 – защищаемый объект; 3 – базовая плоскость; - защитный угол











Рис. 9.34. Внешняя система молниезащиты с использованием двух стержневых молниеотводов и с нелиняющего их тросового молниеотвода:

а, б — вертикальные проекции; в — горизонтальная проекция на базовую плоскость; 1 — стержневые молниеотводы; 2 — защищаемый объект; 3 — зона защиты на базовой поверхности; 4 - тросовый молниеотвод; - наименьшие расстояния между молниеотводом и защищаемым объектом; — защитный угол возле стержневого молниеотвода; - защитный угол в середине между стержневыми молниеотводами

Рис. 9.35. Система молниезащиты здании с установленными на крыше стержневым и сетчатым молниеприемниками:

1 — протяженный молниеприемник; 2 - стержневой молниеприемник, 3 - размеры сетки; 4 - спуск; 5 - заземлитель; h — высота стержневого молниеприемника; — защитный угол

Рис. 9.36. К определению защитных углов для объектов с расположенными на крыше молниеприемниками

Рис. 9.37. Система молниеприемников на крыше с проводящим покрытием, в котором не допускается появлении отверстий:

R — радиус катящейся сферы; а — расстояние от сферы до выступа; b - молниеприемниками

Рис. 9.38. Пример выполнения системы молниезащиты с помощью тросового молниеотвода, установленного на защищаемом объекте

Рис. 9.39. Молниезащитная Рис. 9.40. Защита здания

сетка на плоской крыше с двухскатной крышей

здания:

М – размер ячейки сетки

уровня зашиты В отличие от [18], в [21] для III уровня защиты М=15x15 м².

Как отечественные нормативные документы, так и рекомендации МЭК допускают использование металлических крыш, трубопроводов в качестве молниеприемников. При этом документы МЭК ставят следующие условия

Минимальная толщина металлического листа или трубы; из стали — 4 мм, если не допускается возникновение отверстий, 0,5 мм — если допускается; из меди — 5 и 0,5 мм; из алюминия — 7 и 0,6 мм соответственно.

Рассмотрим выполнение внешней части молниезащиты — спусков от молниеприемника до заземлителя. На рис. 9.41 показана система молниезащиты здания со ступенчатой крышей с несколькими спусками, по которым распределяется ток молнии при ударе в стержневой молниеотвод или молниеприемники на кромках крыши.

Внешняя часть системы молниезащиты должна содержать контрольные точки для проверки соединений с заземлителем и для измерения сопротивления растекания самого заземлителя. Контрольные точки, размещенные на системе молниезащиты, обозначены и на других рисунках.

Внешние части систем молниезащиты зданий других конфигураций показаны на рис. 9.42 - 9.44.

Рис. 9.41. Молниезащита здания со ступенчатой крышей:

А - контрольные точки
Типичные расстояния между точками присоединения спусков к кольцевому электроду заземлителя составляют 10 м для I и II защитных уровней, 15 м для III и 20 м - для IV уровня. В любом случае должно быть не менее двух спусков. Допускается скрутка вертикальных соединительных проводников. Длина скрутки должна быть не менее 20-кратного диаметра проводника.

Активное сопротивление цепи с использованием в качестве спусков арматуры железобетона (рис. 9.43) должно быть не менее 0,2 Ом. Примеры выполнения внутренних спусков в промышленных сооружениях приведены на рис. 9.45.

На рис. 9.46 показана система молниезащиты здания с укрепленной на молниеотводе телевизионной антенной, на рис. 9.47 — система молниезащиты с использованием фундаментного заземлителя. На рис. 9.48 приведен пример использования металлических элементов здания в системе молниезащиты. Так, металлический парапет может служить молниеприем- ником, а металлические балки каркаса здания — спуском.

Рис. 9.42. Внешняя часть системы молниезащиты мания из изоляционных материалов со ступенчатой крышей:

1 — горизонтальный молниеприемник, 2 — спуск, 3 — коррозионно-стойкое соединение с заземлителем, 4 - контрольная точка, 5 - кольцевой проводник заземлителя, 6 - соединения на углах системы молниезащиты; 7 — сетка со стандартными размерами



Рис. 9.43. Система молниезащиты здания из железобетона с использованием степ в качестве естественных элементов системы:

1 — стержневой молниеприемник; 2 — горизонтальный молниеприемник; 3 — спуск; 4 — соединения горизонтальных молниеприемников; 5 — крестообразное соединение, 6 — соединения с арматурой стен; 7 - контрольные точки; 8 — кольцевой контур заземлении; 9 — плоская крыша; 10 - коррозионно-стойкие соединения в контуре заземления

Рис. 9.44. Система молниезащиты деревянного или кирпичного здания высотой до 60 м с плоской крышей:

1 - стержневой молниеприемник; 2 - горизонтальные молниеприемник; 3 — спуск; 4 - соединение горизонтальных молниеприемников; 5 - крестообразные соединения; 6 — контрольные точки; 7 — кольцевой контур заземления. 8 — кольцевой контур выравнивания потенциалов; 9 — крепление системы молниезащиты на крыше; 10 — место присоединения шины выравнивания потенциалов внутри здания; 11 — вертикальный электрод заземлителя
Рис. 9.45. Внутренние спуски в промышленных сооружениях:

а — в стенах; б — под крышей; 1 — проводник системы молниезащиты с водонепроницаемым вводом; 2 - стальная арматура колонны; 3 — стальная арматура стен, 4 — проводник заземлителя в фундаменте

Рис. 9.46. Молниезащита здания с телевизионной антенной, укрепленной на молниеотводе:

1 - металлическая мачта; 2 — горизонтальный молниеприемник на коньке крыши; 3 — соединение мачты с металлическим спуском; 4 — кабель антенны; 5 - основная шина (оболочки кабеля антенны соединена с основной шиной), 6 - контрольная точка; 7 — телевизионное оборудование; 8 - параллельная прокладка кабеля антенны и силовых проводов питания телевизионного оборудования; 9 — кабель электропитания; 10 — система заземления, 11 - распределительный шит с защитным устройством; 12 - проводник заземлителя фундамента; 13 — спуск системы молниезащиты, l - расстояние между точками присоединения к системе молниезащиты; — защитный угол




Рис. 9.47. Система молниезащиты с двумя спусками и с использованием в качестве заземлителя арматуры фундамента:

1 - электротехническое оборудование; 2 — электропроводка. 3 — шины системы молниезащиты, 4 - распределительный шит с защитным устройством, 5 – контрольные точки; 6 — заземлитель; 7 — силовой кабель; 8 — арматура фундамента; s — расстояние между шинами системы молниезащиты и электропроводкой: l — длина спуска

Рис. 9.48. Система молниезащиты с использованием металлических элементов крыши здания:

1 – парапет крыши; 2 – гибкий проводник; 3 – соединение горизонтального молниеприемника с парапетом; 4 – соединение горизонтального молниеприемника с проводником спуска; 5 – крепление молниеприемника; 6 – водонепроницаемый ввод спуска вовнутрь помещения; 7 – стальная балка; 8 – соединение






а) б) в) г)
Рис. 9.49. Молниезащита зданий с черепичными крышами:

а - молниеприемник над коньком, б - молниеприемник для защиты вытяжной трубы, дымохода, в - спуск с присоединением к металлическому водостоку; г - спуск с контрольными точками и присоединением к металлической водосточной трубе
На рис. 9.49, а, б приведены примеры фиксации спусков на черепичной крыше и кирпичной трубе, а на рис. 9.49, в, г - к водостоку и к водосточной трубе. Характерные расстояния а=1 м; b=0.15 м; с=1 м;d - по месту; l=0,2 м; f 0,3 м; g=1 м; h=0,05 м; x=0,3 м; i=1,5 м; k= 0,5 м.

Типичные конфигурации внешней части систем молниезащиты зданий приведены на рис. 9 50. Они представляют собой сетки проводников, объединенных во многих точках. Сетка имеет достаточное число контрольных точек.

Иногда систему молниезащиты выполняют скрытой под крышей, как показано на рис. 9.51.

Спуски в консольной части здания выполняются согласно рис. 9 52.



естественные элементы системы, например, водостоки;

шины системы молниезащиты;

контрольные точки;

соединения

Рис. 9.50. Типичные конфигурации внешней части системы молниезащиты


Провод, шина,

металлический

водосток и т.п.

Провод под коньком

А-А


Вертикальный молниеприемник



Проводники скрытой сетки

- скрытые проводники

- вертикальные неизолированные молниеприемники

- спуски

Рис. 9.51. Скрытая система молниезащиты с дополнительными вертикальными молниеприемниками
При этом принимается высота человека с поднятой рукой 2,5 м, а безопасное расстояние s определяется по падению напряжения на участке l спуска в консольной части здания, с учетом того, что по спуску протекает часть тока молнии, обратно пропорциональная количеству спусков.

На рис. 9.53—9.55 показаны типичные примеры защиты оборудования, находящегося в защитных зонах. Иногда используется молниеприемник в виде шляпки (рис. 9.56). Использование в качестве молниеприемника патрубка, выходящего из крыши здания, показано на рис. 9.57. В этом случае патрубок может быть соединен с горизонтальным молниеприемником. Обязательным является его соединение с системой выравнивания потенциалов.

Неотъемлемой частью системы молниезащиты является заземлитель. Он обычно представляет собой комбинацию параллельно объединенных заземлителей зданий, сооружении. Объединение реализуется, как правило, сетками, проложенными на территории предприятия. На электроэнергетиче- ских предприятиях сопротивление заземлителя нормируется. Для подстанций, распределительных устройств сопротивление заземлителя не должно превышать 0,5 Ом. Если расчетное сопротивление сеточного заземлителя с учетом естественных элементов превышает указанное значение, то сеточный заземлитель дополняется вертикальными стержнями. Существуют достаточно полные рекомендации по расчетам заземлителя, измерениям его сопротивления, диагностике и обслуживанию.

Рис. 9.51. Молниезащита в консольной части здания:

s — безопасное изоляционное расстояние; l — расчетная длина спуска

Рис. 9.53. Защита электротехнического оборудовании, установленного на крыше и присоединенного к молниеприемнику, от прямых ударов молнии:

1 — молниеприемник; 2 — кожух из изоляционного материала; 3 - соединительный проводник; 4 — горизонтальный молниеприемник; 5 — электротехническое оборудование; 6 — клеммник для присоединения провода электропитания; 7 - точка соединения проводящих элементов здания; d - расстояние между изоляционным кожухом и молниеприемником; s — изоляционное расстояние
Некоторые из них содержатся в МУЭ [ 16], различных руководящих документах и инструкциях, таких как [17, 18].



Рис. 9.54. Стержневой молниеприемник для защиты металлической крыши устанавливаемый рядом с электротехническим оборудованием, не присоединенным к молниеприемнику:

1 - защитный конус, 2 — крепление металлических элементов крыши; 3 — горизонтальный молниеприемник; 4 — силовая электропроводка в экране; 5 — электротехническое оборудование. s — неизоляционное расстояние, - защитный угол

Рис. 9.55. Защита антенн и другого внешнего оборудования:

1 — стержневой молниеотвод, 2 - стальная мачта антенны; 3 — защитный барьер, 4 — соединения арматуры железобетонных конструкций: 5 — защитное устройство на линии, идущей из зоны 0_В; 6 — шипи (внутри мачты), идущие из зоны 1 и не требующие защитных устройств; R - радиус катящейся сферы

Рис. 9.56. Молниеприемник в виде шляпки на крышах автомобильных парковок:

1 - шляпка молниеприемника: 2 — стальные проводники для присоединений к арматуре: 3 - стальная арматура
На рис. 9.58 и 9.59 показаны примеры выполнения присоединений к простейшим вертикальным стержневым заземлителям, рекомендованные МЭК [21].


Рис. 9.57. Присоединение естественных молниеприемников-патрубков к системе молниезащиты и к системе выравнивания потенциалов здания (в данном случае к арматуре железобетонного здания):

1 - крепление молниеприемника; 2 - металлическая труба; 3 — горизонтальный молниеприемник; 4 - стальная арматура железобетона



Рис. 9.58. Пример заземляющего устройства на с вертикальным электродом и удаляемой при необходимости верхней частью:

1 — удаляемая (при необходимости) верхняя часть вертикального электрода; 2 — шина, присоединяемая к заземляющему злектроду (верхняя часть может иметь изоляционную оболочку); 3 — грунт, 4 — короткие участки заземляющего электрода, забитые в грунт; 5 — стальной направляющий наконечник



Рис. 9.59. Пример вертикального заземлителя с соединительной муфтой:

1 - участки составного электрода; 2 — соединительная муфта; 3 - грунт; 4 — соединение шины 5 с электродом 1; 5 — шина заземлителя

Рис. 9.60. Варианты соединений системы молниезащиты и заземлителя с использованием естественных спусков и детали контрольных точек:

а — контрольная точка на стене; б - контрольная точка на полу; в — с металлоконструкцией на наружной стороне стены; г — с использованием шины, расположенной в люках на полу рядом с помещением; 1 — спуск; 2 — присоединение к заземлителю типа А; 3 - присоединение к заземлителю типа В; 4 - присоединение к арматуре фундамента; 5 - шина связи с внутренней частью системы молниезащиты; 6 — контрольная точка на стене, 7 — коррозионно-стойкие присоединения типа Т к проводникам заземлителя в земле; 8 - коррозионно-стойкие присоединения в земле; 9 - соединения системы молниезащиты с металлоконструкцией
В заземлителе, показанном на рис. 9.58, вертикальный электрод, забиваемый в грунт, состоит из коротких стержней, имеющих хороший контакт при их соединении. Короткие стержни облегчают забивание электрода. При необходимости верхняя часть электрода может быть удалена после забивания. Пример вертикального составного заземлителя показан на рис. 9.59.

Как отмечалось, экран здания и заземлитель имеют контрольные точки для измерения параметров заземлителя и системы выравнивания потенциалов. Рекомендуемое МЭК размещение контрольных точек приведено на рис. 9.60. Контрольные точки следует располагать на внешней или внутренней стене здания или на полу.

Рис. 9.61. Безопасные расстояния l и s между системой молниезащиты и металлоконструкциями внутри здания:

а — соединение металлических элементов 1 с шиной выравнивания потенциалов 2; б — соединение металлических элементов 1 с шиной выравнивания потенциалов 2 и со спуском на наибольшем расстоянии от шины выравнивания потенциалов
Заземлитель типа А на рис. 9.60 имеет не менее двух вертикальных электродов, типа В – с наружным кольцевым проводником или с горизонтальной сеткой.

В здании с внешней молниезащитой предъявляются особые требования к размещению оборудования в помещениях. Безопасные расстояния s между системой молниезащиты и металлическими заземленными предметами внутри здания (рис. 9.61 и 9.62) нормированы как и расстояния и на рис. 9 33. Наименьшее расстояние

где — коэффициент, зависящий от уровня защиты; - коэффициент, зависящий от тока, протекающего по ближайшему спуску или металлоконструкции; — коэффициент, зависящий от изоляции; - длина спуска от земли до точки определения расстояния.

Для уровня I коэффициент для уровня II и для уровней III и IV .

Рис. 9.62. К расчетам безопасного расстояния s для наибольшего расстоянии l от шины выравнивания потенциалов:

1 — металлический радиатор системы отопления; 2 — стена из кирпича или дерева; 3 — нагреватель; 4 — шина выравнивания потенциалов; 5 — заземлитель; 6 — соединение с заземлителем или спуском; 7 — наиболее опасная точка поражения
Значения коэффициента зависят от числа проводников спуска. При одном проводнике , при двух - , а при четырех и более .

Для воздуха , для кирпича и бетон При комбинированной изоляции принимается наименьшее значение .

9.7. ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКИ МОЛНИИ И МОЛНИЕЗАЩИТЫ С ПОМОЩЬЮ ИСКУССТВЕННЫХ ЗАРЯЖЕННЫХ АЭРОЗОЛЬНЫХ ОБЛАКОВ
Исследование инициирования и развития разряда в облаках заряженных капель воды (в электрически активных облаках) и нейтрализации облачного заряда необходимо для более глубокого понимания физики разряда молнии, чтобы ответить па такие вопросы как:

• 
  где будут происходить разряды внутри грозового облака;
  
• 
  в какой степени облако будет разряжено;
  
• 
  как влияют разрядные процессы в облаке на распространение разряда молнии;
  
• 
  каковы шансы возникновения повторных разрядов и где они могут случиться и т.п.
  

Остаются открытыми важные вопросы: как присутствие крупных облачных капель или другого аэрозоля будет влиять на развитие разрядов внутри облака и как протяженные объемы облачного заряда эффективно нейтрализуются молнией. Без ответа на эти вопросы невозможно продвинуться в создании общей теории разряда молнии и физики грозы.

В настоящее время нет единого взгляда па роль развития разрядных процессов в заряженных областях грозового облака на разных этапах возникновения и распространения молнии. Это связано с тем, что представления о разрядных процессах внутри электрически активных облаков во многом основывались на мало информативных для этой цели наземных измерениях электромагнитного излучения разряда, а детали и многие разрядные формы из-за дистанционности в них просто не проявлялись. Еще одна нерешенная проблема — это моделирование процессов формирования восходящей молнии и поражения ею наземных объектов.

С достаточной точностью пока так и не установлены очень важные при инженерных приложениях физики молнии и молниезащиты корреляционные зависимости между характеристиками самой главной стадии и между ними и параметрами предшествующей лидерной стадии;

• 
  скорости нейтрализации и амплитуды тока главного разряда;
  
• 
  амплитуды тока главной стадии и заряда предшествующего ему нисходящего лидера;
  
• 
  амплитуды тока молнии и его максимальной крутизны и др.
  

Знание этих зависимостей даст возможность гораздо точнее прогнозировать случаи ударов молнии в летательный аппарат в полете и в различные стационарные объекты.

Одним из подходов к решению этих проблем является применение искусственных заряженных аэрозольных водных облаков с предельной плотностью заряда, способных инициировать электрические разряды (аналоги разрядов молнии) и подробно исследовать процессы формирования и развития стадий разряда в ситуации, характерной для естественной природной ситуации, в лабораторных условиях.

На кафедре техники и электрофизики высоких напряжений Московского энергетического института (технического университета) создан экспериментальный комплекс, предназначенный для создания в воздушной среде протяженных заряженных аэрозольных образований (искусственных электрически активных облаков) с предельной плотностью заряда (до 10^-2 —10^-3 Кл/м³), обеспечивающей возникновение протяженных электрических разрядов, моделирующих молнию (рис. 9.63). Электрические потенциалы создаваемых облаков достигают нескольких мегавольт и создаются сильные электрические поля (с напряженностью, превышающей 10 кВ/см) в протяженных областях (с линейным размером, составляющим десятки метров).

Одно из направлений исследований — физическое моделирование влияния гидрометеоров на условия инициирования и распространения разрядных явлений (молнии) в природных электрически активных облаках и вблизи них.

Установлено: если группа модельных гидрометеоров (металлических предметов) с относительно небольшим коэффициентом усиления электрического поля располагается недалеко от границ облака или в промежутке между облаком и заземленной плоскостью, она может способствовать инициированию разряда и/или его дальнейшему распространению (рис. 9.64).


Рис. 9.63. Искусственное облако заряжен ним) водного аэрозоля и электрические искровые разряды, инициированные с заземленного электрода
Рис. 9.64. Группа изолированных цилиндрических проводящих гидрометров инициирует и «направляет» разряд между искусственным обликом заряженного аэрозоля и землей
Это коррелируется с реальными грозовыми условиями как по напряженности облачных электрических полей, так и по размерам и виду гидрометеоров. При этом инициирование и развитие разряда из облака заряженного аэрозоля проходит в намного более стабильной форме в присутствии групп модельных гидрометеоров, чем без них

Экспериментальные исследования процессов формирования и распространения главной (финальной) стадии разряда из облака показали явно выраженную тенденцию роста амплитуды тока финальной стадии разряда с возрастанием средней скорости продвижения предшествующего ей лидерного процесса (рис. 9.65).

Одним из направлений при экспериментальном определении вероятности поражения объектов разрядом молнии может являться использование искусственных сильно заряженных аэрозольных водных облаков. Существующие методы создания искусственных заряженных аэрозольных облаков позволяют создавать облака объемом до десятков кубических метров и потенциалом в несколько мегавольт. Это открывает новые возможности при экспериментальном моделировании процесса поражения объекта молнией: во-первых, существенно приближает физическое моделирование процесса поражения молнией наземных объектов к естественной грозовой обстановке; во-вторых, значительно упрощает экспериментальное моделирование процесса поражения молнией наземных объектов и дает возможность получать достаточный для анализа статистический материал.


Рис. 9.65. Зависимость амплитуды тока финальной стадии разряда от скорости распространения предшествующего лидера
При исследовании процессов поражения разрядом из искусственного облака моделей сосредоточенных объектов установлено, что возникновение и распространение восходящего встречного лидерного разряда с вершины модели молниеотвода в большинстве случаев подавляет развитие лидера с модели защищаемого объекта, на котором наблюдается только слабая корона (рис. 9. 66)


а) б)
Рис. 9.66. Поражение модели молниеотвода разрядом из искусственного облака заряженного водного аэрозоля:

а – фотография; б — развертка процесса поражения программируемой электронно-оптической камерой (размер кадра 70x70 см², длительность экспозиции кадра 0,6 мкс, пауза между кадрами 0,2 мкс)

Рис. 9.67. Зависимость поражения разрядам первого модельного фазного провода от угла защиты модельного грозозащитного троса
На основе проведенных экспериментов (около 10 тыс. разрядов) для модельной линии электропередачи зависимость вероятности поражения крайнего провода от угла защиты а грозозащитного троса показана на рис. 9.67 (кривая 1). Зависимость вероятности прорыва молнии через тросовую защиту к фазному проводу линии электропередачи, рассчитанная по эмпирическому соотношению в масштабе 1:100, представлена кривой 2. Как видно, вероятность, полученная в эксперименте, существенно отличается от расчетной.

Когда угол а превышал 28º, в экспериментах наблюдалось резкое увеличение вероятности поражения разрядом из облака модельного фазного провода Фактически угол защиты 25 —40º является критическим с точки зрения резкого роста вероятности возникновения восходящих встречных разрядов на фазных проводах линии электропередачи. Возможно, в этом случае условия для старта восходящего искрового разряда с фазного провода создаются в момент, когда коронный разряд присутствует на молниезащитном тросе, экранируя его и задерживая момент возникновения восходящего разряда на молниезащитном тросе.

Таким образом, применение искусственных заряженных аэрозольных облаков открывает новые возможности для оценки вероятностей прорыва молнии в зоны защиты молниеотводов.