В.Е. Фортов, В.П. Смирнов, Э.Е. Сон, Ю.А. Быков, В.В. Ермолаев – ОИВТ РАН Е.В. Грабовский, А.Н. Грибов, Г.М. Олейник, А.О. Шишлов – ТРИНИТИ Э.М. Базелян – ОАО «Энин» В.М. Нистратов – МИПФВТ Ю.А, Горюшин - ФСК 4-я Международная конференция по молниезащите. 27 – 29 мая 2014, г. С-Петербург 1

Создание мобильного генератора импульсного напряжения для исследования распространения молнии в грунтах с сопротивлением более 10 Ом.м. Исследование систем защиты от молниевых разрядов. Определение уровня электромагнитного излучения модельных молниевых разрядов как поражающего фактора. 2

Генератор стенда выполнен по схеме Аркадьева-Маркса; Максимальное выходное напряжение 2,4 МВ; Фронт тока разряда при R=100 Ом 4,2 мкс; Фронт импульса при работе на грунт 6÷15 мкс; Длительность импульса на 1/2 высоте 45÷130 мкс; Запасаемая энергия генератора 4,2 МДж; Генератор состоит из 4- х секций Общий вес ГИН15 т; Эксплуатация стенда в полевых условиях; Транспортировка своим ходом.

Фирма/ страна Тип генератораU, МВC в ударе, нФE, к Дж Haefely/ ШвейцарияГИН - SGDA Highvolt/ ГерманияГИН –M Highvolt/ ГерманияГИН –G W.S. Test system private limited/ Индия ГИН – IMP РФЯЦ «ВНИИ эксп. физики»/ Россия Взрывомагнитный генератор ВМГ при (Rн=5Ом) ИЯФ СО РАН/ РоссияГИН – ГОЛ ВЭИ, МоскваГИН ЦНИИ 26, С-ПетербургГИН ОИВТ РАН, МоскваГИН (мобильный)

ГИН в составе 4-х секций. Автономные источники питания в составе дизель- генератора и двух высоковольтных выпрямителей кВ. Измерительно-диагностический комплекс. Транспортная система: 2-а автопоезда КАМАЗ с манипулятором + прицеп-лаборатория КАМАЗ с прицепом (монтажный комплект). 5

Предохранители Колонна разрядников Зарядный резистор Конденсаторы Место для блока запуска ГИНа -40 кВ +40 кВ К соседнему этажу зарядное сопротивление предохранитель опора рама конденсатор элемент крепления ошиновка разрядник высоковольтный вывод конденсатора Комплекс в составе двух секций, высота 6 м Комплектация одного этажа Две секции соединены последовательно, одна стоит над другой. Одна секция ГИН имеет 15 ступеней, по 2 ступени на каждый этаж; Конденсаторы в секции соединены параллельно; В цепи каждого конденсатора на высоковольтном электроде установлен защитный предохранитель. 6

Условия эксперимента: зарядное напряжение +20 кВ; сопротивление нагрузки 50 Ом; управление БЗГ при помощи оптического преобразователя; Импульс напряжения на нагрузке генератора Параметры выходного импульса напряжения: амплитуда импульса-60 кВ; фронт импульсадо 100 нс; длительность на 1/2 высоте 3,5 мкс; 7

8

Система синхронизации. Система сбора данных. Управляющие компьютеры – 4 шт. Датчики токов и напряжения. Экранированные осциллографы с автономным питанием (9 шт. для диагностики). Электронно-оптическая регистрация. Системы считывания информации. 9

Схема расположения датчиков для измерений сигналов ГИН. Слева ГИН1, справа ГИН2. 1 – дизель- генератор; 2 – 3-х фазный кабель ~380В; 3 – ВЗУ; 4 – проводники для зарядки 3 й и 4 й секции ГИН +/- 40 кВ и проводники для разряда ГИН в ударе; 6,7,8,R ДЕЛ – резистивные делители напряжения. Js1, Jа 1, Jb1, JF1 – датчики тока ГИН1; Js2, Ja2, Jb2, JO2 – датчики тока ГИН2; UG1 - датчик напряжения на резистивном делителе 6 ГИН1; UG2 - датчик напряжения на на резистивном делителе 8 ГИН2; Um1, Um2 - датчики напряжения между штырем 1 и штырем 2; пояса Роговского изображены овалами; шунты – прямоугольниками. 10

Секции стенда монтируются на основание из СТЭФ. Монтаж осуществляется при помощи крана манипулятора. После монтажа колонны ГИН накрывается влагонепроницаемым чехлом. 11

Линия передачи Второй ГИНПервый ГИН 12

Полевые испытания - отладка оборудования и выявление возможных причин неисправностей стенда. Первая экспедиция (г. Троицк) - исследование проводимости грунта с холодным сопротивлением около 10 Ом. Вторая экспедиция (г. Троицк) - исследование проводимости грунта с холодным сопротивлением около 20 Ом. Полевые испытания на площадке в г. Троицк 20 км от МКАД 13

Фотографии в момент пуска установки в полевых условиях Вспышки от свечения воздушных разрядников Вспышки и выбросы от пробоя в грунтев грунте 14

Выбитая часть поверхности земли в результате протекания тока. Характерные размеры: длина около 30 см, ширина до 3 см, глубина около 30 см

мкс кА Js мкс Ug1 кВ Профили разрядного тока Jа 1, напряжения на ГИН1 Ug1, напряжения между заземлением ГИН1 и ГИН2 Um1, напряжения между заземлением ГИН1 и заземлением на расстоянии 10 м от ГИН1 Ud1. 17

мкс Um1 кВ мкс Ud1 кВ Профили разрядного тока Jа 1, напряжения на ГИН1 Ug1, напряжения между заземлением ГИН1 и ГИН2 Um1, напряжения между заземлением ГИН1 и заземлением на расстоянии 10 м от ГИН1 Ud1. 18

Сопротивление изменяется незначительно Время, мкс Сопротивление, Ом Время, мкс Сопротивление, Ом Сопротивление грунта в процессе протекания тока Сопротивление уменьшилось в 2-3 раза В процессе протекания тока кА через грунт в части пусков его сопротивление уменьшается. Вывод: Случаи уменьшения сопротивления грунта в разы означает образование в нем разрядных каналов. 19

Профиль сопротивления грунта и разрядного тока Профиль сопротивления грунта R грунта (сплошная линия) и разрядного тока Js (пунктирная линия). Сопротивления грунта вычисляется, как R = (Um-Ld(Js2)/dt) / Js2, где L = 15 мк Гн. 20

Профиль сопротивления грунта и разрядного тока Ом R грунта =21 Ом Js R грунта Профиль сопротивления грунта R грунта (сплошная линия) и разрядного тока Js2 (пунктирная линия). Сопротивления грунта вычисляется, как R = (Um-L(dJs2)/dt) / Js2, где L = 50 мк Гн. 21

Создан мощный мобильный имитатор разрядов молнии в грунте с энергозапасом до 4,5 МДж, напряжением контура до 2 МВ и током КА. Проведены полевые испытания на сопротивлении грунта 9-20 Ом. Установлено падение сопротивления при разряде до 3-х раз, образование токовых каналов. Развивается программа исследований при изменении параметров разряда и сопротивления грунта. 22

Спасибо за внимание! 23