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. - презентация

1 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

2 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

3 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.

4 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)

5 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

6 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

7 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 8

9 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

10 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

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

12 Линия передачи Второй ГИНПервый ГИН 12

13 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

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

15

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

17 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

18 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

19 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

20 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

21 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

22 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

23 Спасибо за внимание! 23