CC BY
71
TexHiKa сильних електричних та магнiтних полiв. Кабельна mexHiKa
УДК 621.3:537.3
М.И. Баранов, Г.М. Колиушко, Е.В. Кузьминский, Ю.И. Мысюк, С.В. Рудаков
РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ МОЛНИЕОТВОДОВ С УНИВЕРСАЛЬНЫМИ ЗАЖИМАМИ АПЕРИОДИЧЕСКИМИ ИМПУЛЬСАМИ ТОКА ИСКУССТВЕННОЙ МОЛНИИ С НОРМИРОВАННЫМИ ПО МЕЖДУНАРОДНЫМ СТАНДАРТАМ АМПЛИТУДНО-ВРЕМЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ
Приведет результаты прямог ди на кругл Midrn i оцинковаш cmonesi önucKaeKoeideodu з плоскими MidHUMU, оцинкова-ними сталевими i неiржaвiючими сталевими ymiверсальними затискачами спецального профшю аперюдичних шпу-льсш струму штучног блискавки нормованою за жжнародним IEC 62305-1:2010, росшським нащональним ГОСТ Р МЭК 62305-1-2010 i ншецьким нащональним DIN EN 50164-1:2008 стандартами часовою формою 10 мкс/350 мкс i амплтудою (50-100) кА ii заданими цими стандартами допусками. Бiбл. 12, табл. 1, рис. 12.
Ключовi слова: металевi блискавковвдводи з металевими ушверсальними затискачами, генератор аперюдичних iмпульсiв струму штучно!" блискавки, випробування на блискавкостшкость
Приведены результаты прямого воздействия на круглые медные и оцинкованные стальные молниеотводы с плоскими медными, оцинкованными стальными и нержавеющими стальными универсальными зажимами специального профиля апериодических импульсов тока искусственной молнии нормированной по международному IEC 62305-1: 2010, российскому национальному ГОСТ Р МЭК 62305-1-2010 и немецкому национальному DIN EN 50164-1:2008 стандартам временной формы 10 мкс/350 мкс и амплитуды (50-100) кА с заданными этими стандартами допусками. Библ. 12, табл. 1, рис. 12.
Ключевые слова: металлические молниеотводы с металлическими универсальными зажимами, генератор апериодических импульсов тока искусственной молнии, испытание на молниестойкость.
Введение. В соответствии с требованиями ряда действующих международных и национальных нормативных документов (стандартов) [1-6] при испытаниях на молниестойкость и пожаровзрывобезопасность зданий (сооружений) и находящихся внутри них различных инженерных сетей используются апериодические импульсы тока искусственной молнии с нормированными амплитудно-временными параметрами (АВП). При этом определяющими характеристиками испытательных импульсов тока искусственной молнии положительной полярности являются [1, 6]: амплитуда 1т импульсов тока, изменяющаяся в диапазоне (50-200) кА при допуске ±10 %; длительность тр импульсов тока на уровне 0,5-/т, равная (0,35-2) мс при допуске ±10 %; интеграл действия Ja импульсов тока, изменяющийся в диапазоне (0,63-10)-106 А2-с при допуске ±35 %; протекший электрический заряд д1, изменяющийся в диапазоне (25-100) Кл при допуске ±20 %. Время tm, соответствующее амплитуде 1т апериодического импульса тока, согласно [6] не должно превышать 50 мкс, а по требованиям [1-5] - 25 мкс. В этой связи указанным временным параметрам испытательного апериодического импульса тока искусственной молнии удовлетворяет его временная форма т/тр=10 мкс/350 мкс [1-5], где ту, тр - соответственно длительность фронта (с допуском ±20 %) между уровнями (0,1-0,9)-/т и длительность импульса (на уровне 0,5 -1т с допуском ±10 %) тока, воздействующего на испытываемый технический объект. В 2014 году в НИПКИ «Молния» НТУ «ХПИ» был разработан и введен в опытную эксплуатацию мощный высоковольтный генератор импульсов тока искусственной линейной молнии ГИТМ-10/350 [7], воспроизводящий на низкоомной и малоиндуктивной электрической нагрузке (с активным сопротивлением не более 0,1 Ом и индуктивностью до 1,5 мкГн) импульсный ток искусственной молнии временной фор-
мы 10/350 мкс с амплитудой от ±10 кА до ±200 кА и допусками, соответствующими требованиям указанных стандартов [1-6].
1. Постановка задачи исследований. Одним из основных способов защиты от линейной молнии зданий (сооружений) и их инженерных коммуникаций является применение на них молниеприемников и молниеотводов, ориентирующих в воздушной атмосфере на себя сильноточные каналы грозовых разрядов и направляющих движущиеся в плазменном канале грозового разряда электрические заряды в землю [1-6]. Как правило, по существующим техническим нормам молниеотводы выполняются из круглого металлического (чаще всего стального) провода диаметром до 8 мм при своем поперечном сечении до 50 мм2 [8, 9]. Обычно такие молниеотводы прокладываются вдоль наружной части защищаемых объектов. При своей прокладке определенные части молниеотводов из-за технологических причин (например, для обхода выступающих конструкционных элементов сооружения) приходиться изгибать между собой под прямым углом. При этом сварные соединения в местах стыка частей молниеотводов оказываются трудновыполнимыми и ненадежными. Поэтому в этом случае наиболее технологичными оказались болтовые соединения, использующие для гальванического контакта соединяемых частей круглых металлических молниеотводов плоские универсальные металлические зажимы специального профиля (рис. 1, 2). Разъемные части таких зажимов из-за их размещения на открытом воздухе приходиться выполнять из металлов, стойких к воздействию атмосферных факторов (меди, оцинкованной стали и нержавеющей стали). Прохождение большого импульсного тока (БИТ) молнии с указанными АВП по молниеотводам и их универсальным зажимам сопровождается протеканием интенсивных
© М.И. Баранов, Г.М. Колиушко, Е.В. Кузьминский, Ю.И. Мысюк, С.В. Рудаков
как электродинамических, так и электротермических процессов. Эти процессы из-за контактных явлений в зоне взаимного соединения частей молниеотвода с БИТ наиболее ярко будут проявляться в области его универсального зажима. Поэтому требуется прогнозировать поведение молниеотводов с универсальными зажимами при вероятном действии на них БИТ линейной молнии. Наиболее надежным способом для этих целей является проведение натурных испытаний рассматриваемых молниеотводов на стойкость к воздействию импульсов тока искусственной молнии с АВП, определяемыми указанными выше международными и национальными стандартами.
Рис. 1. Внешний вид перпендикулярно устанавливаемых под прямым углом друг к другу круглых частей медных молниеотводов диаметром 8 мм и двух разъемных частей плоского медного универсального зажима специальной конструкции с центральным болтовым соединением
Рис. 2. Внешний вид параллельно устанавливаемых друг относительно друга круглых частей медных молниеотводов диаметром 8 мм и двух разъемных частей плоского медного универсального зажима специального конструкционного исполнения с центральным болтовым соединением
Для выполнения согласно требований стандартов [1-6] испытаний на молниестойкость к прямому воздействию БИТ молнии с амплитудой 1т в 50 кА (Л— класс по [6]) и 100 кА (Н— класс по [6]) круглых медных и оцинкованных стальных молниеотводов (диаметром 8 мм и длиной 0,8 м каждой из расположенной под прямым углом друг к другу их соединяемой части) с медными, оцинкованными стальными и не-
ржавеющими стальными универсальными зажимами с центральным болтовым соединением используем мощный высоковольтный генератор ГИТМ-10/350, обеспечивающий протекание по испытываемым частям указанных молниеотводов импульсов тока временной формы 10/350 мкс с требуемой амплитудой.
Для количественной оценки результатов воздействия импульсов тока временной формы 10/350 мкс с амплитудой 1т от 50 до 100 кА на указанные круглые металлические молниеотводы с плоскими универсальными металлическими зажимами будем осуществлять измерение активного сопротивления Кк при постоянном токе между соединяемыми частями молниеотводов в контактной зоне их зажимов как до, так и после действия на них принятых импульсов тока. С целью приближения проводимых испытаний на мол-ниестойкость указанных молниеотводов с зажимами к реальным условиям выполним их закрепление с помощью изоляционных держателей на керамических элементах «конька» крыши здания согласно рис. 3.
Рис. 3. Внешний вид двух частей круглого медного молниеотвода (диаметром 8 мм и длиной 0,8 м) с медным универсальным зажимом специального профиля, закрепленных в зажиме между собой под прямым углом и посредством изоляционных держателей на двух керамических элементах «конька» крыши здания и подсоединенных к сильноточной разрядной цепи высоковольтного генератора ГИТМ-10/350
2. Основные характеристики электрической схемы испытаний молниеотводов и генератора ГИТМ-10/350. На рис. 4 приведена схема испытаний металлических молниеотводов с универсальными зажимами в сильноточной цепи разряда генератора ГИТМ-10/350.
Собранный согласно данным рис. 3 испытываемый молниеотвод, состоящий из двух частей медной или оцинкованной стальной катанки (диаметром 8 мм и длиной 0,8 м), вместе с медным, оцинкованным стальным или нержавеющим стальным универсальным зажимом подсоединялся на рабочем столе генератора ГИТМ-10/350 к его массивным прямоугольным стальным электродам (рис. 5). Для этой цели нами были использованы специальные латунные переходники-зажимы диаметром 20 мм и сплошная медная жила диаметром 6,6 мм с полиэтиленовой изоляцией крупногабаритного радиочастотного кабеля марки РК-75-44-17 со снятой снаружи медной оболочкой.
Рис. 4. Упрощенная схема испытаний молниеотводов с универсальным зажимом в сильноточной разрядной цепи генератора ГИТМ-10/350 [7] (ГИТ-1, ГИТ-2, ГИТ-3 и ГИТ-4 -отдельные генераторы импульсных токов; ГВПИ - генератор высоковольтных поджигающих импульсов напряжения на ±100 кВ; И, Е2 - высоковольтные трех- и двухэлектрод-ный коммутаторы с графитовыми электродами; ВП - взрывающаяся тонкая медная проволочка; СР - разделительный конденсатор емкостью 180 пФ на напряжение ±120 кВ; ШК - коаксиальный шунт типа ШК-300; 1,2 и 3 - соответственно отдельные части молниеотвода и универсальный зажим)
Рис. 5. Общий вид собранной схемы испытаний стального оцинкованного молниеотвода, составные две части которого закреплены под прямым углом друг к другу, с оцинкованным стальным универсальным зажимом в сильноточной разрядной цепи высоковольтного генератора ГИТМ-10/350
Медная жила кабеля марки РК-75-44-17 гальванически подключала удаленный край молниеотвода к заземленному стальному электроду той части сильноточной разрядной цепи генератора ГИТМ-10/350, в которой размещался метрологически поверенный измерительный коаксиальный шунт типа ШК-300 [10]. Данный шунт (рис. б) имел коэффициент преобразования Кш, равный 11,26-103 А/В. Используемый шунт с помощью радиочастотного коаксиального кабеля марки РК-50-9-11 длиной около 70 м и специального делителя напряжения СД-300 на одном из его краев подключался к цифровому запоминающему осциллографу типа Tektronix TDS-1012. При испытаниях регистрирующая импульсы тока аппаратура размещалась в экранированном заглубленном в грунт бункере.
В схеме проводимых испытаний для имитации плазменного канала искусственного грозового разряда вблизи одной из частей металлического молниеотвода с универсальным металлическим зажимом была использована электрически взрывающаяся в атмосферном воздухе (при его температуре от +2 до +4 °С; относительной влажности от 4б до 49 %; давлении от 748 до 751 мм рт.ст.) тонкая медная проволочка (ВП) диаметром 0,2 мм и длиной 50 мм [11, 12].
Рис. 6. Внешний вид измерительного коаксиального шунта типа ШК-300 с кабелем РК-50-9-11 и делителем СД-300 [10]
Данная ВП закреплялась на верхнем стальном электроде двухэлектродной воздушной системы, подключенном к непотенциальному электроду управляемого трехэлектродного воздушного коммутатора П1 с графитовыми электродами [7], и размещалась с обеспечением воздушного зазора (0,5-1) мм перпендикулярно плоскости прямоугольной алюминиевой пластины толщиной 2 мм (см. рис. 3), жестко соединенной своим одним краем с одной из частей испытываемого молниеотвода. При подаче на вход генератора ГВПИ-100 (см. рис. 4) от генератора пусковых импульсов микросекундного импульса напряжения амплитудой до ±10 кВ на его выходе появляется микросекундный импульс напряжения амплитудой до ±100 кВ, который передается через разделительную емкость СР=100 пФ на управляющий электрод коммутатора П1. В результате при соответствующей предварительной регулировке воздушных зазоров ¡\ и 12 в коммутаторе П1 происходит его срабатывание и соответственно разряд согласно схеме на рис. 4 предварительно заряженных до постоянного напряжения высоковольтных конденсаторов типа ИК-50-3 трех отдельных генераторов импульсных токов ГИТ-1, ГИТ-2 и ГИТ-3 общего генератора ГИТМ-10/350 на ВП и отдельные части молниеотвода с универсальным зажимом. Импульс перенапряжения, возникающий при электрическом взрыве медной ВП, вызывает срабатывание двухэлектродного коммутатора П2 с графитовыми электродами [7] и воздушным зазором /3. В результате будет происходить разряд на испытываемый молниеотвод предварительно заряженных до постоянного напряжения и4 высоковольтных конденсаторов типа ИМ2-5-140 генератора импульсных токов ГИТ-4. Проведенные исследования показали, что для получения с заданными по [1-6] допусками на АВП в разрядной цепи генератора ГИТМ-10/350 с испытываемыми молниеотводами импульсов тока требуемой формы 10/350 мкс амплитудой до 1т=50 кА уровни зарядных напряжений Ц\-3 и и4 должны соответственно составлять около 10 и 1,25 кВ, а с амплитудой до 1т=100 кА - соответственно 17 и 2,5 кВ. При этом воздушные зазоры в коммутаторах П1 и П2 оказываются равными ¡\~2 мм, /2~5 мм, а /3~3 мм. Поэтому с учетом [7] уровни запасаемых энергий в указанных конденсаторах генератора ГИТМ-10/350 для данных режимов токового нагружения (при /т^50 кА и /т~100 кА) испытываемых нами молниеотводов будут составлять соответственно примерно 57,2 и 200,2 кДж.
3. Амплитудно-временные параметры испытательных импульсов тока искусственной молнии. На рис. 7 приведена осциллограмма апериодического импульса тока формы 10/350 мкс искусственной молнии, полученная в случае разряда генераторов ГИТ-1, ГИТ-2, ГИТ-3 (при зарядном постоянном напряжении их конденсаторов ИК-50-3, равном U1-3~16 кВ) и ГИТ-4 (при зарядном постоянном напряжении их конденсаторов ИМ2-5-140, равном U4=2,5 кВ) используемой высоковольтной испытательной установки ГИТМ-10/350 на эквивалент электрической нагрузки. В нашем случае данный эквивалент нагрузки представлял собой квадратный алюминиевый лист толщиной 2 мм и размером в плане 350 мм х 350 мм, горизонтально и жестко закрепленный а пазах на рабочем столе генератора ГИТМ-10/350 между его массивными прямоугольными стальными электродами. Tek Л, • Acq Complete М Pos: 200Дш CURSOR
M SÜ.üjjs CHI 11.20V
22-Jan-1512:11 <10Нг Рис. 8. Осциллограмма испытательного апериодического импульса тока положительной полярности при одновременном разряде генераторов ГИТ-1, ГИТ-2, ГИТ-3 и ГИТ-4 на
оцинкованный стальной молниеотвод с оцинкованным стальным универсальным зажимом (масштаб по вертикали - 22,52 кА/клетка; масштаб по горизонтали - 50 мкс/клетка;
4=91,9 кА; ^=345 мкс; Ja=2,34-106 А2-с; q=46,2 Кл)
На рис. 9 представлена осциллограмма импульса тока искусственной молнии в цепи генератора ГИТМ-10/350 амплитудой Im до 50 кА, протекающего через оцинкованный стальной молниеотвод с оцинкованным стальным универсальным зажимом. Тек JL # Acq Complete М Pos: 200.0jus CURSOR
Рис. 7. Осциллограмма апериодического импульса тока 10/350 мкс положительной полярности при разряде генераторов ГИТ-1, ГИТ-2, ГИТ-3 и ГИТ-4 на эквивалент электрической нагрузки (масштаб по вертикали - 22,52 кА/клетка; масштаб по горизонтали - 50 мкс/клетка; Im=96,4 кА; тр~325 мкс; tm~24 мкс; J„=2,43-106 Л2-с; q=45,7 Кл)
На рис. 8 приведена осциллограмма импульса тока в цепи генератора ГИТМ-10/350 амплитудой Im до 100 кА, протекающего через оцинкованный молниеотвод с оцинкованным универсальным зажимом.
При этом составные части молниеотвода были подключены к сильноточной разрядной цепи генератора ГИТМ-10/350 (при зарядных постоянных напряжениях его конденсаторов ¿У1-3~17 кВ и Kj~2,5 кВ) согласно данным рис. 5. Из рис. 7, 8 видно, что подключение к низкоомной и малоиндуктивной цепи разряда конденсаторов генератора ГИТМ-10/350 [7] испытываемых молниеотводов из-за внесения в нее дополнительного внешнего индуктивного и активного сопротивлений вызывает определенную деформацию импульса тока временной формы 10/350 мкс. Несмотря на такую деформацию, получаемые в этом случае АВП испытательного импульса тока искусственной молнии продолжают удовлетворять жестким требованиям международного IEC 62305-1: 2010 [1], российского национального ГОСТ Р МЭК 62305-1-2010 [5] и немецкого национального DIN EN 50164-1:2008 [6] стандартов.
М 50.0.Ш СН1 11.20У
22-иап-1512:57 <10Нг Рис. 9. Осциллограмма испытательного апериодического импульса тока положительной полярности при одновременном разряде генераторов ГИТ-1, ГИТ-2, ГИТ-3 и ГИТ-4 на
оцинкованный стальной молниеотвод с оцинкованным стальным универсальным зажимом (масштаб по вертикали - 11,26 кА/клетка; масштаб по горизонтали - 50 мкс/клетка;
4=49,1 кА; тр=340 мкс; Ja~0,66■106 А2-с; ®=24,7 Кл)
В табл. 1 приведены основные АВП, значения Ja и ql для испытательных импульсов тока временной формы 10/350 мкс, использованных нами при исследовании поведения рассматриваемых металлических молниеотводов с указанными металлическими универсальными зажимами в условиях прямого воздействия на них принятых импульсов тока искусственной молнии. Сравнение численных значений АВП, интеграла действия Ja и протекшего заряда ql для фактически примененных нами испытательных импульсов тока имитированной молнии с их соответствующими количественными показателями согласно требований
основных действующих зарубежных нормативных документов (например, международного IEC 62305-12010 [1], российского национального ГОСТ Р МЭК 62305-1-2010 [5] и немецкого национального DIN EN 50164-1 стандартов [6]) показывает, что они удовлетворяют необходимым количественным характеристикам импульсов тока искусственной линейной молнии, приведенным в указанных стандартах и применяемым при испытаниях на молниестойкость технических сооружений и их инженерных коммуникаций.
Таблица 1
Количественные характеристики основных параметров испытательных импульсов тока искусственной линейной молнии в разрядной цепи мощного высоковольтного
генератора ГИТМ-10/350 [7]
Наименование параметра Требования зарубежных стандартов IEC 62305-1-2010, ГОСТ Р МЭК 62305-1-2010, DIN EN 50164-1 Фактически при испытаниях молниеотводов с универсальными зажимами
Амплитуда импульса тока /„, кА 50±5 45,1-49,1
100±10 91,9-96,4
Длительность импульса тока тР, мкс 350±35 325-345
Интеграл действия импульса тока А2-с (0,63 ± 0,22)-106-(для /„=50 кА) 0,66-106 (для /„=49,1 кА)
(2,5 ± 0,875) 106-(для /„=100 кА) 2,43-106 (для /„=96,4 кА)
Количество протекшего по молниеотводам электрического заряда ф, Кл 25±10 (для /„=50 кА) 24,7 (для /„=49,1 кА)
50±10 (для /„=100 кА) 45,7 (для /„=96,4 кА)
На рис. 10. 11 показаны типовые виды испытываемых частей оцинкованного стального молниеотвода с универсальным оцинкованным стальным зажимом в разобранном состоянии соответственно до и после воздействия на них апериодического импульса тока 10/350 мкс амплитудой /„=91,9 кА (см. рис. 8).
Рис. 10. Внешний вид параллельно устанавливаемых в зажиме друг относительно друга круглых частей оцинкованного стального молниеотвода и двух разъемных частей универсального оцинкованного стального зажима специального профиля с центральным болтовым соединением до воздействия на них импульса тока 10/350 мкс амплитудой /„=91,9 кА
При этом виде испытаний (Н— класс по [6]) указанных частей круглого молниеотвода с плоским универсальным зажимом было установлено следующее:
4. Результаты испытаний молниеотводов с универсальными зажимами на стойкость к воздействию импульсов тока искусственной молнии. В
процессе высоковольтных испытаний на генераторе ГИТМ-10/350, формирующем апериодические импульсы тока 10/350 мкс искусственной молнии на металлических молниеотводах с универсальными металлическими зажимами, на стойкость последних к прямому воздействию таких токовых импульсов нами были использованы следующие конфигурации и материалы молниеотводов и универсальных зажимов:
• оцинкованные перпендикулярно подключенные в универсальном оцинкованном стальном зажиме стальные молниеотводы (см. рис. 5);
• медные перпендикулярно подключенные в универсальном медном зажиме молниеотводы (см. рис. 1);
• медные перпендикулярно подключенные в универсальном нержавеющем стальном зажиме молниеотводы;
• медные параллельно подключенные в универсальном медном зажиме молниеотводы (см. рис. 2);
• оцинкованные параллельно подключенные в универсальном оцинкованном стальном зажиме стальные молниеотводы;
• медные и оцинкованные части перпендикулярно подключенных в универсальном нержавеющем стальном зажиме молниеотводы.
Рис. 11. Внешний вид параллельно устанавливаемых в зажиме друг относительно друга круглых частей оцинкованного стального молниеотвода и двух разъемных частей универсального оцинкованного стального зажима специального профиля с центральным болтовым соединением после воздействия на них импульса тока 10/350 мкс амплитудой /„=91,9 кА (тР=345 мкс; 7„=2,34-106 А2-с; ф=46,2 Кл)
• электродинамического повреждения как круглых оцинкованных стальных стержней молниеотвода, так и его плоского универсального оцинкованного стального зажима не наблюдается. Никакого повреждения изоляционных держателей молниеотвода и используемых совместно с ними керамических элементов «конька» крыши здания также не происходит;
• в контактной зоне плоского оцинкованного стального универсального зажима специального профиля с центральным болтовым соединением его двух разъемных частей после прохождения по нему и двум соединяемым им частям круглого оцинкованного стального молниеотвода испытательного апериодического импульса тока 10/350 мкс искусственной молнии имеет место незначительное электротермическое повреждение наружных поверхностей стержней молниеотвода и внутренних поверхностей разъемных частей зажима в виде локальных прижогов диаметром до 5 мм с наличием в их области очагов сажи;
• активное сопротивление Як в контактной зоне универсального оцинкованного стального зажима как до, так и после воздействия испытательного импульса тока искусственной молнии составляло около 1 мОм.
Необходимо отметить, что результаты испытаний на молниестойкость в разрядной цепи генератора ГИТМ-10/350 с импульсами тока 10/350 мкс искусственной молнии амплитудой 1т в 50 кА (Ы- класс по [6]) и 100 кА (Н- класс по [6]) всех остальных конфигураций и материалов жестко закрепляемых между собой частей молниеотводов и универсальных зажимов, указанных в начале раздела 4, свидетельствуют об их аналогичных локальных повреждениях в зоне универсального зажима и численных значениях Як.
Следует заметить, что контроль активного сопротивления Як в контактной зоне испытываемых металлических молниеотводов с универсальными металлическими зажимами проводился на постоянном токе до 200 мА с помощью метрологически поверенного французского измерителя сопротивления заземления типа СЛ6470М (рис. 12) как до протекания по ним от высоковольтного генератора ГИТМ-10/350 соответствующих импульсов тока формы 10/350 мкс с заданными по [1-6] амплитудами 1т (см. рис. 8, 9 и данные табл. 1), так и сразу после их протекания.
Рис. 12. Общий вид момента измерения активного сопротивления Кк для медных молниеотводов в контактной зоне нержавеющего стального универсального зажима с помощью измерителя сопротивления заземления типа СЛ6470Ы
Выводы.
1. Проведенные в НИПКИ «Молния» НТУ «ХПИ» на генераторе импульсов тока искусственной молнии ГИТМ-10/350 испытания круглых металлических молниеотводов (диаметром 8 мм и длиной 0,8 м)
с двумя соединяемыми под прямым углом частями и плоскими металлическими универсальными зажимами специального профиля при центральном болтовом соединении их разъемных частей на молниестойкость к прямому воздействию на них апериодических импульсов тока временной формы 10/350 мкс амплитудой Im в 50 и 100 кА с нормированными по действующим зарубежным стандартам допусками показали, что все испытанные в сборе молниеотводы с изоляционными держателями и керамическими элементами «конька» крыши здания выдержали электродинамические и электротермические воздействия короткого удара искусственного грозового разряда.
2. При испытаниях значения АВП импульсов тока грозового разряда, интеграла действия тока искусственной линейной молнии или удельной энергии (с размерностью Дж/Ом) Ja и протекавшего по молниеотводам электрического заряда q¡ соответствовали международным требованиям.
3. Активное сопротивление Rk в контактной зоне медного, оцинкованного стального и нержавеющего стального разъемных универсальных зажимов примененного профиля с центральным болтовым соединением их двух частей как до, так и после прямого воздействия для используемых N- и H- классов токового нагружения с АВП согласно действующих требований зарубежных стандартов на все испытанные молниеотводы с подобными зажимами оказывается равным примерно 1 мОм. Данный результат может свидетельствовать об отсутствии каких-либо механических нарушений в контактной зоне универсального зажима после прохождения по ней указанных токов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. IEC 62305-1: 2010 «Protection against lightning.- Part 1: General principies».
2. IEC 62305-2: 2010 «Protection against lightning.- Part 2: Risk management».
3. IEC 62305-3: 2010 «Protection against lightning.- Part 3: Physical damage to structures and life hazard».
4. IEC 62305-4: 2010 «Protection against lightning.- Part 4: Electrical and electronic systems within structures».
5. Национальный стандарт Российской Федерации ГОСТ Р МЭК 62305-1-2010. «Менеджмент риска. Защита от молнии. Часть 1: Общие принципы». - М.: Стандартинформ, 2011. -46 с.
6. Deutsche Norm DIN EN 50164-1: 2008 (VDE 0185-2001). Blitzschutzbauteile. - Teil 1: Anforderungen an Verbindungsbauteile. - 16 p.
7. Баранов М.И., Колиушко Г.М., Кравченко В.И., Рудаков С.В. Мощный высоковольтный генератор апериодических импульсов тока искусственной молнии с нормированными по международному стандарту IEC 62305-1-2010 амплитудно-временными параметрами // Електротехшка i електроме-хашка. - 2015. - №1. - С. 51-56.
8. Электротехнический справочник. Производство и распределение электрической энергии. Том 3, кн. 1 / Под ред. И.Н. Орлова и др. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 880 с.
9. Баранов М.И. Термическая стойкость неизолированных проводов при прямом ударе молнии // Техшчна електроди-намша. - 1997. - №6. - С. 9-15.
10. Баранов М.И., Колиушко Г.М., Кравченко В.И., Недзель-ский О.С., Дныщенко В.Н. Генератор тока искусственной молнии для натурных испытаний технических объектов // Приборы и техника эксперимента. - 2008. - №3.- С. 81-85.
11. MIL-STD-464A. Военный стандарт США «Электромагнитные и экологические эффекты воздействия молнии. Требования интерфейса и критерии проверки систем». - Изд-во Минобороны, 2002. - С. 1-162.
12. Баранов М.И., Кравченко В.И. Электротермическая стойкость металлической обшивки летательного аппарата к прямому воздействию импульсного тока молнии // Электричество. - 2012. - №12. - С. 18-26.
REFERENCES
1. IEC 62305-1: 2010 «Protection against lightning. Part 1: General principles».
2. IEC 62305-2: 2010 «Protection against lightning. Part 2: Risk management».
3. IEC 62305-3: 2010 «Protection against lightning. Part 3: Physical damage to structures and life hazard».
4. IEC 62305-4: 2010 «Protection against lightning. Part 4: Electrical and electronic systems within structures».
5. GOST R MEK 62305-1-2010. Nacional'nyj standart Rossi-jskoj Federacii «Menedzhment riska. Zashhita ot molnii. Chast' 1: Obshhie principy» [GOST R IEC 62305-1-2010. National Standard of the Russian Federation. Risk management. Protection from lightning. Part 1: General principles]. Moscow, Stan-dartinform Publ., 2011, 46 p. (Rus).
6. Deutsche Norm DIN EN 50164-1: 2008 (VDE 0185-2001). Blitzschutzbauteile. - Teil 1: Anforderungen an Verbindungsbauteile [German Norms DIN EN 50164-1: 2008 (VDE 0185-2001). Protecting from Lightning of Buildings and their Parts. Part 1: Requirements on Parts Buildings and of Connection]. 16 p. (Ger).
7. Baranov M.I., Koliushko G.M., Kravchenko V.I., Rudakov S.V. A powerful high-voltage generator of aperiodic impulses of current of artificial lightning with the peak-temporal parameters rated on an International Standard IEC 62305-1-2010. Elektro-tekhnika i elektromekhanika - Electrical engineering & elec-tromechanics, 2015, no.1, pp. 51-56. (Rus).
8. Orlov I.N. Elektrotehnicheskij spravochnik. Proizvodstvo i raspredelenie elektricheskoj energii. Tom 3, kn. 1 [ Electrical Engineering Handbook. Production and distribution of electric energy. Vol. 3, book 1]. Moscow, Energoatomizdat Publ., 1988, 880 p. (Rus).
9. Baranov M.I. Thermal stability bare wires for direct lightning strikes. Tekhnichna elektrodynamika - Technical electrodynamics, 1997, no.6, pp. 9-15. (Rus).
10. Baranov M.I., Koliushko G.M., Kravchenko V.I., Nedzelskyi O.S., Dnyschenko V.N. A current generator of the artificial lightning for full-scale tests of technical objects. Pribory i tekhnika eksperimenta - Instruments and experimental techniques, 2008, no.3, pp. 81-85. (Rus).
11. MIL-STD-464A. Voennyj standart USA. «Elektromagnitnye i ekologicheskie effekty vozdejstvija molnii. Trebovanija interfejsa i kriterii proverki system» [USA military standard. Electromagnetic and ecological effects of lightning. Requirements interface and testing criteria systems]. Ministry of Defense Publ., 2002, pp. 1-162. (Rus).
12. Baranov M.I., Kravchenko V.I. Electrothermal resistance of the metal skin of an aircraft to the direct effects of lightning impulse current. Elektrichestvo - Electricity, 2012, no.12, pp. 18-26. (Rus).
Поступила (received) 23.02.2015
Баранов Михаил Иванович1, д.т.н., гл.н.с., Колиушко Георгий Михайлович1, к.т.н., с.н.с., Кузьминский Евгений Викторович2, коммерческий директор, Мысюк Юрий Игорьевич3, директор, Рудаков Сергей Валерьевич4, к.т.н., доц.,
1 НИПКИ «Молния»
Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», 61013, Харьков, ул. Шевченко, 47, тел/phone +38 057 7076841, e-mail: [email protected]
2 ООО «ЕФ-ЕР-Т1-ГРУП».
02660, Киев, ул. Магнитогорская, 1, оф. 316,
тел/phone +38 050 9167205, e-mail: [email protected]
3 ООО «ГРОМОВИК»,
79066, Львов, ул. Кавалеридзе, 17, кв. 9,
тел/phone +38 067 9234645, e-mail: [email protected]
4 Национальный университет гражданской защиты Украины, 61023, Харьков, ул. Чернышевского, 94,
тел/phone +38 057 7073438, e-mail: [email protected]
M.I. Baranov1, G.M. Koliushko1, E.V. Kuzminskiy2, Yu.I. Mysyuk3, S.V. Rudakov4
1 Scientific-&-Research Planning-&-Design Institute «Molniya», National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute», 47, Shevchenko Str., Kharkiv, 61013, Ukraine.
2 Company Limited Liability «EF-EP-TI-GRUP»,
1, Magnitogorskaya Str., office 316, Kiev, 02660, Ukraine.
3 Company Limited Liability «GROMOVIK», 17, Kavaleridze Str., ap. 9, Lviv, 79066, Ukraine.
4 National University of Civil Protection of Ukraine, 94, Chernyshevska Str., Kharkiv, 61023, Ukraine.
Results of tests of lightning-rods with universal clamps by the aperiodic impulses of current of artificial lightning with the peak-temporal parameters rationed on foreign standards. Purpose. Test in obedience to the requirements of row of operating foreign standards of round metallic lightning-rods with the flat metallic universal clamps of the special type on firmness to direct action of аperiodic impulses of current of temporal form 10/350 ps by amplitude of 50 кА (N- class) and 100 кА (H-class). Methodology. The order of leadthrough of these tests is certain the followings normative documents: International IEC 62305-1: 2010, Russian national GOST R IEC 62305-1-2010 and German national DIN EN 50164-1:2008 Standards. Results. Conducted on a powerful high-voltage pulsed current of artificial linear lightning with the peak-temporal parameters and admittances of test rationed on the indicated foreign standards rationed that all of the lightning-rods tested in collection with universal clamps, isolating holders and ceramic elements of roof of technical building were survive electrodynamics and electrothermal action of in-use single short blow of an artificial storm digit. Originality. First in domestic practice the similar model tests of lightning-rods are conducted with universal clamps, executed from different explorer materials, on firmness to flowing to on by it the indicated large impulsive currents of artificial lightning. Practical value. Real firmness to lightning of round copper and zincked steel lightning-rods is certain with the flat copper, zincked steel and non-rusting steel universal clamps of the special execution. References 12, table 1, figures 12. Key words: metallic lightning-rods with metallic universal clamps, generator of aperiodic impulses of current of artificial lightning, test on firmness to lightning.
