В.Е. Фортов, В.П. Смирнов , Э.Е. Сон, Ю.А. Быков, В.В. Ермолаев – ОИВТ РАН

1. «Мобильная установка на основе генератора импульсного напряжения для исследования влияния токового импульса на сопротивление грунта» 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

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. ЦЕЛИ РАБОТЫ

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

4. Характеристики некоторых существующих МЕГАВОЛЬТНЫХ ИСПЫТАТЕЛЬНЫХ генераторов

5. ГИН в составе 4-х секций. • Автономные источники питания в составе дизель-генератора и двух высоковольтных выпрямителей +-40кВ. • Измерительно-диагностический комплекс. • Транспортная система: 2-а автопоезда • КАМАЗ с манипулятором + прицеп-лаборатория • КАМАЗ с прицепом (монтажный комплект). Состав мобильного комплекса

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

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

8. СХЕМА РАСПОЛОЖЕНИЯ МИК ГИН ПРИ ИСПЫТАНИЯХ. Две колонны по две 0.6 МВ секции в каждой

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. Система диагностики и управления

10. Расположение датчиков тока и напряжения ГИН 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 +/-40кВ и проводники для разряда ГИН в ударе; 6,7,8,RДЕЛ – резистивные делители напряжения. Js1, Jа1, 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.

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

12. Фотография двух ГИН с линией передачи Второй ГИН Линия передачи Первый ГИН

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 и экспедиции Полевые испытания на площадке в г. Троицк 20 км от МКАД

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

15. Фотография разряда земля – основание ГИН (экспозиция 5 мкС)

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

17. Ug1 Js 70 700 600 60 500 50 400 40 300 кВ кА 200 30 100 20 0 10 -100 0 -200 -300 0 20 40 60 80 100 0 20 40 60 80 100 мкс мкс Осциллограммы тока и напряжения ГИН (1) Профили разрядного тока Jа1, 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. Um1 Ud1 300 700 600 250 500 200 400 150 кВ кВ 300 100 200 50 100 0 0 0 20 40 60 80 100 0 20 40 60 80 100 мкс мкс Осциллограммы тока и напряжения ГИН (2) Профили разрядного тока Jа1, напряжения на ГИН1 Ug1, напряжения между заземлением ГИН1 и ГИН2 Um1, напряжения между заземлением ГИН1 и заземлением на расстоянии 10 м от ГИН1 Ud1.

19. 20 20 18 18 16 16 14 14 Сопротивление, Ом 12 12 Сопротивление, Ом 10 10 8 8 6 6 4 4 2 2 0 0 60 0 0 10 10 20 20 30 30 40 40 50 50 60 Время, мкс Время, мкс Сопротивление изменяется незначительно Результаты экспериментов Сопротивление грунта в процессе протекания тока Сопротивление уменьшилось в 2-3 раза • В процессе протекания тока 40-70 кА через грунт в части пусков его сопротивление уменьшается. • Вывод: • Случаи уменьшения сопротивления грунта в разы означает образование в нем разрядных каналов.

20. 20 100 20 100 18 90 18 90 16 80 80 16 Rгрунта=9 Ом Rгрунта=9 Ом 14 Js 70 70 14 Js 12 12 60 60 кА Ом Ом кА 10 10 50 50 8 40 8 40 6 30 6 30 Rгрунта 20 4 20 4 2 10 2 0 0 50 60 0 10 20 30 40 50 60 0 10 20 30 40 мкс мкс Профиль сопротивления грунта и разрядного тока Профиль сопротивления грунта Rгрунта (сплошная линия) и разрядного тока Js (пунктирная линия). Сопротивления грунта вычисляется, как R = (Um-Ld(Js2)/dt) / Js2, где L = 15 мкГн.

21. Ом 70 35 60 30 Rгрунта=21 Ом 50 25 40 20 Js 30 15 Rгрунта 20 10 10 5 0 60 10 20 30 40 50 0 Профиль сопротивления грунта и разрядного тока Профиль сопротивления грунта Rгрунта (сплошная линия) и разрядного тока Js2 (пунктирная линия). Сопротивления грунта вычисляется, как R = (Um-L(dJs2)/dt) / Js2, где L = 50 мкГн.

22. Создан мощный мобильный имитатор разрядов молнии в грунте с энергозапасом до 4,5 МДж, напряжением контура до 2 МВ и током 50-100 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. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

23. Спасибо за внимание!