CПОСОБ ЗАЩИТЫ ОТ ГРОЗОВОГО РАЗРЯДА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR PROTECTION FROM LIGHTNING DISCHARGE AND DEVICE THEREFOR

Изобретение относится к области  энергетики и предназначено для защиты  распределительных сетей и объектов от воздействия атмосферных электрических перенапряжений, от поражения молнией.
Распределительные линии (высоковольтные линии - ВЛ-10/6 кВ) охватывают значительную территорию, в предгрозовой период над поверхностью земли значительно увеличивается напряженность поля (атмосферное перенапряжение), заряды, как правило, положительные, концентрируются на возвышенностях, в зонах, где есть почвенные включения повышенной проводимости, даже в низинах (берега рек), причем количество зарядов,  их плотность, перемещенные на провода, зависят от рельефа местности и собственной емкости проводов, подключенных к системе электроснабжения находящейся под напряжением.
Известные способы основаны на переориентации свершившегося грозового разряда в основной его стадии, т.е., например: способ  защиты (RU 2144747), выбранный в качестве прототипа способа, основанный на осуществлении принудительного разряда грозовой ячейки путем возбуждения устойчиво развивающегося лидера электрического искрового разряда. Возбуждение лидера осуществляют созданием по крайней мере одной цепочки зон безэлектродного электрического пробоя воздуха с перекрывающимися оболочками низкотемпературной плазмы. Предварительный разряд грозового облака на безопасном расстоянии от объекта снижает вероятность разряда молнии над ним.
Известно устройство отбора атмосферного электричества и защиты объектов от удара молнии (RU2539345), выбранное в качестве прототипа устройства, состоящее из герметичного корпуса и установленного отдельно от него молниеприемника. В качестве молниеприемника используются стальные тросы. Разряд молнии инициируется оптическим пробоем воздуха, формируемым пучком импульсного инфракрасного лазера. Направление ионизирующего пучка задает управляемое подвижное плоское зеркало. Данное зеркало используется одновременно в составе системы оптического сканирования атмосферы. Спровоцированный столб молнии распространяется вдоль ионизированного канала и, достигнув уровня молниеприемника, ударяет в него.
Известные способ и устройство перехватывают молнию на высоте за счет увеличения высоты или создания направленной ионизации, но не могут устранить условия для развития встречного лидера грозового разряда с объектов электроснабжения, в частности ВЛ,  не защищают от вторичных факторов воздействия грозового разряда, т.к. накопленные заряды на поверхности земли в зонах повышенной емкости перемещаются к месту искусственно созданного разряда, в результате возникает перенапряжение на поверхности земли, шаговое напряжение, выход из строя электрооборудования, возгорание взрывоопасных объектов и, вероятно, поражения электрическим током человека. Для реализации известных способов применяются сложные дорогостоящие системы.
Технической задачей изобретения является устранение условий для развития встречного лидера грозового разряда с электрооборудования, ВЛ системы электроснабжения и с других объектов.
Технический результат достигается в способе защиты от грозового разряда,  при котором осуществляются: сбор наведенных на воздушных электрических сетях зарядов на внутреннем концентраторе, перенос их на внешний концентратор, соединенный с молниеприемником и соединенный через разрядник с заземлением.
Технический результат достигается в устройстве защиты от грозового разряда (далее - устройство), включающем молниеприемник, соединенный с внешним концентратором, соединенным через разрядник с заземлением. Устройство включает блок переключения, выполненный с возможностью переключения между двумя соединениями: внутреннего концентратора с воздушной электрической сетью или внутреннего концентратора с внешним концентратором. Молниеприемник выполнен в виде зонтика с центральным стержнем. Внешний и внутренний концентраторы выполнены в виде коаксиальных цилиндров. Блок переключения выполнен в виде периодического автоматического переключателя и оснащен для запуска устройства в предгрозовой период GSM модулем.
Изобретение поясняется чертежом. Показано устройство защиты от грозового разряда.
Устройство включает металлический молниеприемник 1, соединенный с внешним концентратором 2, и изолированный от них внутренний концентратор 3. Молниеприемник 1 выполнен в виде зонтика с центральным стержнем 4 с заостренным концом для стекания и концентрации  объемных зарядов над устройством для повышения проводимости над ней.
Внешний и внутренний концентраторы 2, 3 выполнены в виде изолированных друг от друга коаксиальных металлических цилиндров, установленных на опорах на изоляторах 9.
Внешний концентратор 2 соединен через разрядник 5 с заземлением 6.
Устройство включает блок переключения 7, выполненный с возможностью переключения между двумя электрическими соединениями: внутреннего концентратора 3 с воздушной электрической сетью ВЛ или внутреннего концентратора 3 с внешним концентратором 2.
Таким образом обеспечивается высоковольтная гальваническая развязка устройства и ВЛ.
Блок переключения 7 выполнен в виде периодического автоматического переключателя и оснащен GSM модулем. Блок переключения необходим для надежной гальванической развязки (40 кВ)  устройства и ВЛ для исключения попадания зарядов грозового разряда на ВЛ. Он работает в автоматическом периодическом режиме: подключает внутренний цилиндр 3 к ВЛ - на него переходит часть зарядов (величина которых определяется равенством плотности зарядов на внутренним цилиндре 3 и подключенной ВЛ), затем внутренний цилиндр 3 подключается к внутренней поверхности внешнего цилиндра 2 и все заряды переходят на него - цикл повторяется.  Блок переключения 7 выполнен в корпусе из оргстекла и представляет собой конструкцию, состоящую из тягового электромагнита, на якоре которого установлена рейка из оргстекла, на конце которой установлен подвижный контакт, соединенный с внутреннем цилиндром 3, и он при работе периодически замыкается на ВЛ или на внутреннюю поверхность внешнего цилиндра 2.
Способ защиты от грозового разряда с использованием описанного выше устройства реализуют следующим образом.
В предгрозовой период, посредством GSM модуля, оператор дистанционно включает устройство. Внутренний цилиндр 3 через нормально замкнутый контакт блока переключения 7 и резистора 8  подключен к ВЛ-6/10 кВ. В результате на его поверхности  собираются (накапливаются) наведенные заряды с воздушной электрической сети ВЛ-6/10 кВ, по истечении 30 секунд блок переключения 7 кратковременно замыкает нормально разомкнутые контакты, и заряд с внутреннего цилиндра 3 переносится на внешний цилиндр 2. При переключениях процесс дискретно повторяется, в результате чего на внешнем цилиндре 2, а следовательно, и на молниеприемнике 1 будет сконцентрирован наведенный заряд с ВЛ-6/10 кВ. Над молниеприемником 1 будут образовываться объемные заряды, величина которых увеличивается при каждом последующим цикле переключения, в результате будут созданы условия, достаточные для развития встречного лидера грозового разряда, т.к. основной заряд, наведенный на территории, охваченной распределительной сетью ВЛ, будет сконцентрирован на устройстве, в результате перетока заряда по поверхности земли не будет.
При наступлении основной стадии грозового разряда ток молнии пройдет по цепи: молниеприемник 1 - внешний цилиндр 2 - разрядник 5 - заземление 6.
Таким образом, в месте установки устройства, безопасном для оборудования ВЛ, в результате концентрации наведенных на элементах ВЛ зарядов на устройстве создается искусственная зона грозового разряда. Это устраняет условия для развития встречного лидера грозового разряда с электрооборудования, ВЛ системы электроснабжения, исключаются условия поражения молнией любого объекта, находящегося на защищаемой территории.   Как показала опытная эксплуатация установок,  грозовым разрядам подвергались объекты, находящиеся за пределами защищаемой зоны.