Экспериментаторы прекрасно осведомлены о виде энергии, необходимой пробивающемуся каналу лидера. Чтобы получить необходимую информацию они проводили многочисленные измерения тока в канале. Экономный режим подразумевал получение не более 1А. Аналогичные значения были получены в указанной ранее расчётной модели. Высота прорастающего от молниеотвода канала составляет 50 м. Одинаковая скорость его движения составляет примерно 2 см/мкс. В начале пути, протяжённость которого примерно 10м, канал потребляет около 0,5 А (iL). Именно в этом месте оценивалась жизнеспособность канала. Расход заряда за 600 мкс (∆t) составил 0,3 мКл. Для его расчёта использовалась формула ∆q = iL∆t =0,5×6×10-4.
Взяв в качестве основания падение управляющего напряжения на 0,5 от величины амплитуды можно спрогнозировать, что аккумулированный заряд (Q) выходной емкости формирующего устройства составит 0,6 мКл. Он рассчитывается, как 2∆q. Необходимая выходная ёмкость (С) при напряжении в 500 кВ управляющего импульса (∆U) составит 1000 пкФ. Для ее расчета используется следующая формула: Q/∆U= 6×10-4/5×105 ≈ 10-9 Ф.
Рисунок 1. Динамика роста тока и длины канала встречного лидера от молниеотвода высотой 50 м при управляющем воздействии 500 кВ в поле грозового облака 50 кВ/м *
Автор источника управляющих воздействий для устройств активных молниеотводов должен понимать, что есть определённая техническая проблема, для решения которой предоставлен небольшой технологический объём. На практике ситуация еще больше усложняется, когда упоминание идёт об источнике, который можно использовать для устройств активной молниезащиты средней высоты (примерно 15-20 м). На таком уровне электрополе заряженного облака будет серьёзно ослаблено за счёт объёмного заряда короны от неоднородной системы на земной поверхности. Примерная высота поля - около 10 – 20 кВ/м. Потенциал вершины в таком слабом поле U0 = E0h не может быть никогда больше 150 – 400 кВ. Следовательно, зарядить накопительную ёмкость коронным током до необходимого напряжения нереально. Необходимо учитывать схему умножения напряжения. В качестве примера можно привести знакомую всем схему Маркса, используемую для построения стандартных генераторов импульсного напряжения.
При напряжении ниже установленного уровня обеспечить сохранить энергоемкость можно за счёт увеличения емкости батареи конденсатора. В результате накопительный конденсатор управляющего устройства становится более вместительным.
Также необходимо увеличения величины C2 до 0,1 мкФ при определении ступени в схеме умножения U2 = 50 кВ. И в этом случае большие размеры конденсаторов для накопления электроэнергии не вызовут никаких проблем. Не помешает этому и поступающий к устройствам заряд.
На приведённом ниже рисунке можно заметить построенную зависимость заряда короны от времени для двадцатиметрового громоотвода с активным молниеприёмником. И спустя 20 секунд созданный заряд все равно будет в 7 раз меньше планируемого значения, рассчитанного экспертами.
Рисунок 2. Динамика роста заряда, поставляемого короной от вершины стержневого молниеотвода высотой 20 м в электрическом поле грозового облака, нарастающего до 20 кВ/м за 10 с и далее не меняющемся *
Необходимо отметить тот факт, что электрополе грозовой ячейки может быть восстановлено ещё быстрее по времени, а заряда в таком случае появится меньше. Можно попробовать не использовать коронный ток, а для зарядки накопительных конденсаторов использовать автономный источник. Однако такой способ будет больше стоить и повлечёт за собой дополнительные затраты. Заманчивым предложением является введение нескольких коронирующих очагов для построения более сложной коронирующей системы. Это альтернативный подход к быстрому обострению коронирующей вершины, не способной оказать существенное влияние на ток развитой короны. Данный факт был полностью доказан в проведенной аналитике, результатами построенной компьютерной модели.
* – иллюстрации взяты из статьи проф. Э. М. Базеляна «Активны ли активные молниеотводы?»
Смотрите также:
- Что предлагают фирмы-изготовители активной молниезащиты
- Альбом типовых решений по заземлению и молниезащите
- Видеозапись лекции "Ответы на вопросы проектировщиков"
Смотрите также:
УЗИП и его плавкая вставка
Молниезащита объектов в районах вечной мерзлоты
Молниезащита и заземление для базовых станций стандарта 5G
Анализ нормативного документа ФЕДЕРАЛЬНЫЕ НОРМЫ И ПРАВИЛА В ОБЛАСТИ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ "ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЗРЫВНЫХ РАБОТАХ"