ЭФФЕКТ ОБЪЕМНОГО ЗАРЯДА КОРОНЫ В МОЛНИЕЗАЩИТЕ Э М

ЭФФЕКТ ОБЪЕМНОГО ЗАРЯДА КОРОНЫ В МОЛНИЕЗАЩИТЕ Э. М. Базелян ОАО «ЭНИН»

В докладе использованы результаты исследований нестационарной короны в электрическом поле грозового облака, выполненные в 2000 – 2014 гг творческим коллективом специалистов ЭНИН, ИПМ РАН, МФТИ Публикации: Физика плазмы 2002, 2005 УФН 2007 Энергетика 2010 J. Phys. D: Appl. Phys 2001, 2005, 2007, 2013 Plasma Sour Sci. Technol 2008 J. of Electrostatics 2006 Atmospheric Research 2006, 2007, 2009 J. of Atmospheric and Solar Phys. 2014 Ключевые соавторы – Ю. П. Райзер Н. Л. Александров

Ситуация различается только облаком объемного заряда короны !!! Б. Франклин. Штырь на крыше, испуская заряды, разряжает грозовое облако- -исторический научный анекдот? Почти 100% вероятность возбуждения молнии (за ~ 5 с) 1 восходящая молния за 40 грозовых часов

Корона в поле грозового облака 1. Теория нестационарной короны (сферическая геометрия)

Решение для U(t) = At при R>> r 0 !!! Сильная зависимость тока от А =d. U/dt !!! i ~ 1/2 для U(t)= const Критический ток короны –

Производительность короны

Одиночный электрод бесполезен !

Многоэлектродная коронирующая система (асимптотика) σ = ε 0(E 0 – E 0 cor) jcor = dσ/dt = ε 0 d. E 0/dt Есть ли сходство с реальными системами?

Многоэлектродная коронирующая система (реальность) 1 окр – 6, 55 мк. А 5 окр – 2, 4 мк. А 10 окр – 1, 93 мк. А 20 окр – 1, 72 мк. А Одиночный электрод высотой 10 м -Imax = 23 мк. А

Многоэлектродная система Влияние высоты электродов

Система коронирующих проводов Необходимость 2 D-моделирования

Сравнение 1 D и 2 D расчетных моделей Поле E 0 растет линейно до 40 к. В/м за 10 с h = 15 м

Мультитросовая коронирующая система Высота проводов 40 м Шаг расстановки 20 м Поле облака растет линейно до 40 к. В/м за 10 с

Влияние параметров троса в системе Система из 41 троса Шаг расстановки тросов Высота подвеса тросов Грозовое поле растет линейно до 40 к. В/м за 10 с

Многоэлектродная коронирующая система (итог) σ = ε 0(E 0 – E 0 cor) – - независимо от - типа электрода, высоты электрода, шага расстановки Если E 0 = 60 к. В/м, то max < 0, 53 Кл/км 2 Средняя молния переносит на 2 порядка больше!

Влияние короны на старт встречного лидера от наземного сооружения Стадии процесса: 1. Квазистационарная корона от вершины 2. Переход короны в стримерную форму 3. Рождение лидера в стеме короны 4. Развитие жизнеспособного лидера

Рождение и развитие восходящего лидера Условия старта: - Старт стримерной вспышки icr = 8 0 r 0 E 2 cor - Нагрев плазмы в объеме стема до 5000 К Ucr 400 к. В Проверка жизнеспособности: Utip Ucr Ek E 0 i. L = Lv. L = CUtv. L a = 1500 см 2 с-1 В-1/2; b = 300 В A(cм)-1

Поле грозового облака, обеспечивающее жизнеспособность лидера

Как превысить критический ток? icr = 8 0 r 0 E 2 cor~ 10 м. А Адекватный эффект – -подброс потенциала головки - всего на 10 к. В за 1 мкс ? ? ? ESE-молниеотвод ! Стержень h=30 м

Стримерная вспышка – еще не лидер! E 0 растет линейно до 40 к. В/м за 10 с E При меньшей высоте нет лидера ESE - молниеотвод

Если встречный лидер трудно стимулировать, есть смысл полностью подавить его!

На что способна многоэлектродная система (коронирующие стержни) jcor = ε 0 d. E 0/dt; icor =jcor. D 2 = ε 0 D 2 d. E 0/dt icr = 8 0 r 0 E 2 cor Если r 0 ~ 1 см, D ~ 10 см, то (d. E 0/dt)cr ~ 5 1010 В/(м с) Если τlid ~ 0, 5 м. Кл/м, vlid ~ 2 105 м/с, то hlid cr ~ 5 м Встречный лидер фактически не возбуждается Притяжения молнии к объекту нет!

Система DAS – - жаль, что это не молниеотвод Рой Карпентер!

На что способна многоэлектродная система (коронирующие тросы) jcor = ε 0 d. E 0/dt; Icor =jcor. D = ε 0 Dd. E 0/dt icr = 2 0 E 2 cor Если D ~ 40 м, то (d. E 0/dt)cr ~ 6 108 В/(м с) Если τlid ~ 0, 5 м. Кл/м, vlid ~ 2 105 м/с, то hlid cr ~ 65 м Встречный лидер фактически не возбуждается Притяжения молнии к объекту нет!

Мультитросовые молниеотводы Шаг расстановки тросов – 50 м Превышение над объектом – 7 м Расчет по статистической методике

Ожидаемые результаты Тросовая молниезащита ПС: - обеспечение защиты территории ОРУ ПС 110 – 750 к. В от прямых ударов молнии с надежностью свыше 0, 999; - снижение числа ударов молнии в территорию ПС примерно в 2, 5 раза; - полная ликвидация опасных импульсных воздействий на цепи вторичной коммутации при растекании токов молнии в грунте на территории ПС; - существенное ослабление воздействия электромагнитных наводок на микропроцессорную технику от тока в канале молнии и в грозотросах;

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ