СПОСОБ АКТИВНОЙ МОЛНИЕЗАЩИТЫ ЗДАНИЙ, СООРУЖЕНИЙ И ТЕРРИТОРИЙ
METHOD OF ACTIVE LIGHTNING PROTECTION OF BUILDINGS, STRUCTURES AND TERRITORIES

Изобретение относится к способам защиты техногенных и природных ландшафтных объектов от внешних энергетических воздействии, а именно к способам молниезащиты промышленных зданий, сооружений и прилегающих территорий.
Известен способ нейтрализации зарядов грозового облака, заключающийся в том, что в нужной зоне устанавливают молниеотводящую вышку с лазером и зеркальным уголковым отражателем, создают плазменный канал лазера от вышки до низа грозового облака, по лазерному каналу осуществляют многократные разряды молнии. Лазер включают при достижении предгрозовой напряженности электростатического поля тропосферы (RU 2004125693 А, опубл. 10.02.2006).
Известен способ защиты от разрядов атмосферного электричества (молний) путем улавливания и нейтрализации, включающий использование заземленного стержня, который располагают вертикально. Дополнительно используют источник, ионизирующий воздух, луч которого направляют вдоль заземленного стержня вертикально в вышерасположенные слои атмосферы, создавая тем самым в воздухе токопроводящую полосу из ионизированных газов, которая служит проводником для прохождения молнии в стержень, где она нейтрализуется заземлением. Разряд молнии протекает при меньшей напряженности электрического поля с меньшим разрушающим действием (RU 2000125979 А, опубл. 10.09.2002).
Известен способ защиты от атмосферных электрических перенапряжений, 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 (RU 2144747 С1, опубл. 20.01.2000).
Общим недостатком известных технических решений является относительно невысокая и непостоянная во времени способность обеспечивать предусмотренную проектом молниезащиту объектов, которая возможна в полном объеме лишь в ситуациях подпитки молниеотвода энергией от внешнего источника и требует при осуществлении молниезащиты в дежурном режиме повышенного расхода дополнительной техногенно вырабатываемой энергии.
Известен способ молниезащиты зданий и сооружений при помощи молниеотвода, содержащего диэлектрический корпус с поперечной ребристостью, в крышку которого вставлены центральный стержень-молниеприемник и боковые стержни. Центральный стержень заземления вставлен в основание корпуса. В корпус помещены обкладки конденсаторов, соединенные с внутренними разрядниками. Крышка выполнена проводящей, боковые стержни вставлены в нее. В корпус помещены две цепи последовательно соединенных резисторов, число которых и их номиналы в каждой цепи одинаковы. Первые выводы резисторов первой цепи подключены к верхним обкладкам конденсаторов. Первые выводы резисторов второй цепи подключены к их нижним обкладкам. Разрядники расположены на смежных обкладках соседних конденсаторов (RU 2208887 С1, опубл. 20.07.2003).
Недостаток известных способа и устройства заключается в отсутствии достаточной мощной внешней разрядной цепи, способной пропускать от молниеприемника к системе заземления энергию разряда молний без повреждения систем генератора импульсного напряжения.
Задача настоящего изобретения заключается в обеспечении постоянной активной молниезащиты, обеспечиваемой без подпитки энергии от техногенного источника, в повышении надежности молниезащиты и увеличении радиуса пространственной молниезащиты объектов и территорий.
Поставленная задача решается тем, что в способе молниезащиты зданий, сооружений и территорий согласно изобретению молниезащиту осуществляют посредством активной системы, включающей молниеотвод, снабженный молниеприемником, сообщенным с системой заземления через генератор импульсного напряжения и внешнюю разрядную цепь, при этом генератор импульсного напряжения выполняют с возможностью постоянной работы в дежурном режиме и автоматического реагирования на изменения напряженности внешнего преимущественно атмосферного электрического поля, для чего указанный генератор снабжают расположенными практически в условном выпуклом объеме, очерченном по внешнему контуру корпуса генератора, не менее чем двумя зарядными резисторными цепями, а также многосекционным разрядником, выполненным в виде, по меньшей мере, одной конденсаторно-разрядной цепи, состоящей из последовательно чередующихся конденсаторов, каждый с двумя зарядными пластинами-обкладками, и функционально совмещенных с ними разрядников, выполненных в виде выверенных по высоте выступов на внешней стороне указанных пластин-обкладок, а корпус генератора выполняют преимущественно состоящим не менее чем из двух желобчатых пластин, разомкнутых по контуру в поперечном сечении в зонах расположения резисторных цепей, по меньшей мере, на части их длины, причем по достижении в атмосферном электрическом поле критического молниеопасного уровня напряженности напряженность электрического поля в генераторе импульсного напряжения молниеотвода под воздействием энергии внешнего электрического поля автоматически доводят до порогового уровня, достаточного для формирования и осуществления импульсного разряда, серии последовательных импульсных разрядов и при формировании в атмосфере лидерной фазы развития молнии, движущейся к защищаемому объекту, автоматически производят с острия молниеприемника разряд в атмосферу встречного лидера молнии, осуществляемый в момент одновременного сложения двух условий - готовности энергии, накопленной в генераторе импульсного напряжения из внешнего электрического поля, к переходу через пороговый уровень и подхода внешнего нисходящего лидера молнии к условной эквидистантной пространственной границе охранной объемной зоны защищаемого объекта, при этом последовательные импульсные разряды автоматически производят с образованием ступенчато формируемого восходящего лидера молнии, направляемого навстречу внешнему нисходящему лидеру молнии, с образованием короткоживущего проводящего канала, причем при встречном замыкании указанных лидеров молнии и поглощении энергии восходящего лидера нисходящий лидер по указанному проводящему каналу в охранной зоне атмосферы направляют к молниеприемнику, затем по нему и через внешнюю разрядную цепь молниеотвода отправляют в систему заземления.
При этом пластины-обкладки каждого конденсатора в генераторе импульсного напряжения могут фиксировать между собой через диэлектрик, наделенный возможностью самовосстановления исходных свойств после срабатывания молниеотвода.
Молниеотвод могут выполнять с возможностью реагирования - улавливания как отрицательно, так и положительно заряженных лидеров молний.
Электромагнитные параметры молниеотвода могут принимать с обеспечением возможности срабатывания генератора импульсного напряжения с выбросом встречного лидера молнии при приближении внешнего лидера молнии к высоте взаимной ориентировки лидеров молний, составляющей 182÷455 м от острия молниеприемника.
Технический результат, обеспечиваемый приведенной совокупностью признаков, состоит в обеспечении постоянной активной молниезащиты, обеспечиваемой без подпитки энергии от техногенного источника, в повышении надежности молниезащиты и увеличении радиуса пространственной молниезащиты объектов и территорий, осуществляемый за счет разработанной в изобретении системы импульсного генератора, наделяющего молниеотвод способностью создавать и поддерживать активную молниезащиту путем получения энергии из атмосферы при критическом молниеопасном уровне напряженности атмосферного электричества.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 изображен активный молниеотвод, вид спереди с частичным вертикальным разрезом;
на фиг.2 - генератор импульсного напряжения, вид спереди с частичным вертикальным разрезом;
на фиг.3 - разрез по А-А на фиг.2.
В предлагаемом способе молниезащиты зданий, сооружений и территорий молниезащиту осуществляют посредством активной системы, включающей молниеотвод 1, снабженный молниеприемником 2, сообщенным с контактным элементом 3 системы заземления через генератор 4 импульсного напряжения и внешнюю разрядную цепь 5.
Генератор 4 импульсного напряжения выполняют с возможностью постоянной работы в дежурном режиме и автоматического реагирования на изменения напряженности внешнего преимущественно атмосферного электрического поля. Для этого указанный генератор 4 снабжают расположенными практически в условном выпуклом объеме, очерченном по внешнему контуру 6 корпуса 7 генератора, не менее чем двумя зарядными резисторными цепями 8, а также многосекционным разрядником, выполненным в виде, по меньшей мере, одной конденсаторно-разрядной цепи 9, состоящей из последовательно чередующихся конденсаторов 10. Каждый конденсатор 10 состоит из двух зарядных пластин-обкладок 11, 12 и функционально совмещенных с ними разрядников 13, выполненных в виде выверенных по высоте выступов на внешней стороне указанных пластин-обкладок 11, 12. Корпус 7 генератора 4 выполняют преимущественно состоящим не менее чем из двух желобчатых пластин 14, разомкнутых по контуру в поперечном сечении в зонах расположения резисторных цепей 8, по меньшей мере, на части их длины.
По достижении в атмосферном электрическом поле критического молниеопасного уровня напряженности напряженность электрического поля в генераторе 4 импульсного напряжения молниеотвода под воздействием энергии внешнего электрического поля автоматически доводят до порогового уровня, достаточного для формирования и осуществления импульсного разряда, серии последовательных импульсных разрядов, и при формировании в атмосфере лидерной фазы развития молнии, движущейся к защищаемому объекту, автоматически производят с острия молниеприемника 2 разряд в атмосферу встречного лидера молнии, осуществляемый в момент одновременного сложения двух условий. Первое условие - готовность энергии, накопленной в генераторе импульсного напряжения из внешнего электрического поля, к переходу через пороговый уровень. Второе условие - подход внешнего нисходящего лидера молнии к условной эквидистантной пространственной границе охранной объемной зоны защищаемого объекта. Последовательные импульсные разряды автоматически производят с образованием ступенчато формируемого восходящего лидера молнии, направляемого навстречу внешнему нисходящему лидеру молнии, с образованием короткоживущего проводящего канала. При встречном замыкании указанных лидеров молнии и поглощении энергии восходящего лидера нисходящий лидер по указанному проводящему каналу в охранной зоне атмосферы направляют к молниеприемнику 2, затем по нему и через внешнюю разрядную цепь 5 молниеотвода 1 отправляют в систему заземления.
Пластины-обкладки 11, 12 каждого конденсатора 10 в генераторе 4 импульсного напряжения фиксируют между собой через диэлектрик 15, наделенный возможностью самовосстановления исходных свойств после срабатывания молниеотвода.
Молниеотвод 1 выполняют с возможностью реагирования - улавливания как отрицательно, так и положительно заряженных лидеров молний.
Электромагнитные параметры молниеотвода 1 принимают с обеспечением возможности срабатывания генератора импульсного напряжения с выбросом встречного лидера молнии при приближении внешнего лидера молнии к высоте взаимной ориентировки лидеров молний, составляющей 182÷455 м от острия молниеприемника.
Молниеприемник 2 выполнен в виде системы электрически взаимосвязанных стержней, образующих многостержневой венец с центральным стержнем 16 и боковыми стержнями 17. Центральный стержень 16 выполнен длиной, превышающей длину боковых стержней 17.
На лидерной фазе развития молнии центральный стержень 16 молниеприемника 2 и боковые стержни 17 поляризуются до возникновения на них коронного разряда. Ток коронного разряда заряжает конденсаторы 10 до напряжения, устанавливаемого разрядным промежутком на разрядниках 13. В момент приближения лидера молнии к молниеотводу 1 напряженность электрического поля возрастает, что приводит в действие самый нижний разрядник 13. Искровой разряд соединяет последовательно два самых нижних конденсатора 10, в результате чего на последующем разряднике 13 напряжение скачком возрастает до удвоенного пробивного напряжения. Все конденсаторы 10 соединены последовательно. На центральном стержне 16 молниеприемника 2 появляется импульс высокого напряжения. Импульсы высокого напряжения инициируют восходящий встречный лидер, который устремляется навстречу нисходящему лидеру молнии, формируя проводящий канал, по которому происходит основной разряд молнии. По проводящему каналу энергия молнии «замыкается» на землю через разрядники 18 внешней разрядной цепи 5, защищая элементы генератора 4 от разрушения килоамперными токами молниевого разряда, и таким образом осуществляется молниезащита объекта.
Поскольку прослойки между пластинами-обкладками 11, 12 конденсаторов 10, встречными выступами разрядников 13 и полость 19, занимаемая в молниеотводе 1 многосекционным разрядником, заполнены самовосстанавливающим диэлектриком, то все свойства устройства после разряда восстанавливаются.
Молниеприемник 2 кроме центрального стержня 16 имеет боковые стрежни 17, смонтированные под углом к горизонтали, и на каждом конце стержней формируется высоковольтный импульс, и, следовательно, каждый боковой стержень 17 - это дополнительный молниеотвод, увеличивающий эффективность молниезащиты.
Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает постоянную активную молниезащиту без подпитки энергии от внешнего источника, повышает надежность молниезащиты и радиус пространственной молниезащиты объектов и территорий.