RU2502237C1 - Method of testing facilities for lightning protection and apparatus for realising said method - Google Patents
Method of testing facilities for lightning protection and apparatus for realising said method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2502237C1 RU2502237C1 RU2012118999/07A RU2012118999A RU2502237C1 RU 2502237 C1 RU2502237 C1 RU 2502237C1 RU 2012118999/07 A RU2012118999/07 A RU 2012118999/07A RU 2012118999 A RU2012118999 A RU 2012118999A RU 2502237 C1 RU2502237 C1 RU 2502237C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cloud
- positive
- lightning
- model
- lightning protection
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Elimination Of Static Electricity (AREA)
- Testing Electric Properties And Detecting Electric Faults (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике защиты от ударов молнии различных объектов (как наземных, так и летательных аппаратов) и может быть использовано для экспериментальной оценки молниезащищенности объектов.The invention relates to techniques for protection against lightning strikes of various objects (both ground and aircraft) and can be used for experimental evaluation of lightning protection of objects.
Известен способ испытаний объектов на молниезащищенность, заключающийся в том, что проводящую модель объекта (самолета) размещают в воздушном промежутке между электродами высоковольтного генератора импульсных напряжений (ГИН), создают импульсный разряд, имитирующий разряд молнии, регистрируют точки поражения объекта с помощью фотоаппаратов и видеокамеры и делают выводы о молниезащищенности объекта (Трунов O.К., Гапонов И.М., Лупейко А.В., Сысоев B.C. К методике исследований молниезащиты самолетов на моделях // Электричество, 1985, №9, с.58-59). Недостатком способа является низкая точность оценки молниезащищенности объекта, большая трудоемкость и стоимость испытаний. Это связано с тем, что для увеличения разброса точек выхода разряда с модели объекта (с целью выявления максимального количества путей протекания тока молнии по модели) меняют полярность и крутизну фронта прикладываемого импульса напряжения, что требует больших трудозатрат на замену фронтовых резисторов на всех этажах генератора импульсных напряжений. Это увеличивает длительность проводимых испытаний и меняет условия поражения объектов при изменении полярности разряда. Кроме того, оказываются нарушенными физические процессы, которые характерны для заряженного облака.A known method of testing objects for lightning protection is that a conductive model of an object (aircraft) is placed in the air gap between the electrodes of a high-voltage pulse voltage generator (GIN), a pulse discharge simulating a lightning strike is created, the point of impact of the object is recorded using cameras and a video camera, and draw conclusions about the lightning protection of the object (Trunov O.K., Gaponov I.M., Lupeyko A.V., Sysoev BC On the methodology for studying lightning protection of aircraft on models // Electricity, 1985, No. 9, p. 58-59). The disadvantage of this method is the low accuracy of assessing the lightning protection of an object, the high complexity and cost of testing. This is due to the fact that in order to increase the spread of the discharge exit points from the model of the object (in order to identify the maximum number of lightning current paths in the model), the polarity and steepness of the front of the applied voltage pulse are changed, which requires a lot of labor to replace the front-end resistors on all floors of the pulse generator stresses. This increases the duration of the tests and changes the conditions of damage to objects when the polarity of the discharge changes. In addition, the physical processes that are characteristic of a charged cloud are violated.
Известен способ испытаний объектов на молниезащищенность на основе применения искусственных заряженных аэрозольных водных облаков с предельной плотностью заряда, способных инициировать электрические разряды и исследовать процессы формирования и развития стадий разряда (А.Ф. Дьяков, Б.К. Максимов, Р.К. Борисов, И.П. Кужекин, А.Г. Темников, А.В. Жуков. Электромагнитная совместимость и молниезащита в электроэнергетике. Москва, Издательский дом МЭИ, 2011, стр.298-302). Устройство для осуществления способа содержит имитатор местности, модели молниеприемника и объекта, имитатор грозового облака в виде генератора заряженного аэрозоля и регистратор разрядов. Недостатком известного способа и устройства является недостаточная точность оценки молниезащищенности объектов в связи с тем, что условия возникновения разрядов при испытаниях далеки от реальных условий возникновения молний.A known method of testing objects for lightning protection based on the use of artificial charged aerosol water clouds with a limiting charge density that can initiate electric discharges and study the processes of formation and development of discharge stages (A.F. Dyakov, B.K. Maksimov, R.K. Borisov, IP Kuzhekin, AG Temnikov, AV Zhukov Electromagnetic compatibility and lightning protection in the electric power industry, Moscow, MPEI Publishing House, 2011, pp. 298-302). A device for implementing the method comprises a terrain simulator, an air terminal model and an object, a thundercloud simulator in the form of a charged aerosol generator and a discharge recorder. The disadvantage of this method and device is the lack of accuracy in assessing the lightning protection of objects due to the fact that the conditions for the occurrence of discharges during testing are far from the actual conditions for the occurrence of lightning.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ испытаний объектов на молниезащищенность (А.с. СССР №1370800, МПК4 H05F 3/02, заявл. 11.08.86, опубл. 30.01.88), заключающийся в том, что создают ячейку грозового облака с помощью генератора аэрозольной струи, накапливают электрический заряд облака до величины, достаточной для образования лидерного разряда с облака на имитатор местности, на котором расположены модели объекта и молниеприемника. Разряды, попадающие на объект и молниеприемник, регистрируют с помощью регистратора. Через некоторое количество разрядов, число которых определяется требованиями испытаний, делают вывод о молниезащищенности объекта.Closest to the proposed method is a method of testing objects for lightning protection (AS USSR No. 1370800, IPC 4 H05F 3/02, decl. 11.08.86, publ. 30.01.88), which consists in creating a thundercloud cell with using the aerosol jet generator, the cloud's electric charge is accumulated to a value sufficient to form a leader discharge from the cloud onto the terrain simulator, on which the models of the object and the air terminal are located. The discharges falling on the object and the air terminal are recorded using a registrar. After a certain number of discharges, the number of which is determined by the test requirements, they conclude that the object is lightning protected.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для испытаний объектов на молниезащищенность (А.с. СССР №1370800, МПК4 H05F 3/02, заявл. 11.08.86, опубл. 30.01.88), включающее модель объекта с молниеприемником, имитатор грозовых облаков, выполненный в виде генератора заряженного аэрозоля, ось которого направлена под острым углом к поверхности имитатора местности, и регистратор разрядов, попадающих на объект.Closest to the proposed device is a device for testing objects for lightning protection (A.S. USSR No. 1370800, IPC 4 H05F 3/02, decl. 11.08.86, publ. 30.01.88), including a model of the object with an air terminal, a simulator of thunderclouds made in the form of a charged aerosol generator, the axis of which is directed at an acute angle to the surface of the terrain simulator, and a discharge recorder that hits the object.
Недостатком известных способа и устройства является низкая точность оценки молниезащищенности объектов, обусловленная несоответствием физическим процессам, характерным для реальных грозовых облаков, где одновременно присутствует несколько грозовых ячеек с предельными по электрическим зарядам и характеристикам параметрами, что меняет траектории разряда молнии и, соответственно, место попадания в объект или в молниеприемник. В известном способе для испытаний объекта на молниезащищенность создается однополярное заряженное облако. Однако в природных условиях «…одноименно заряженные тучи могут существовать лишь как исключение» (И.С. Стекольников. «Физика молнии и молниезащита». Издательство АН СССР, М.-Л., 1943 г., стр.12). Как правило, реальное облако содержит две или более области с разноименными зарядами, которые влияют на распределение электрического поля между облаком, объектом и молниеприемником, и, соответственно, на возникновение разрядов между ними (И.С.Стекольников. «Физика молнии и молниезащита». Издательство АН СССР, М.-Л., 1943, стр.9-19; Фейнмановские лекции по физике, т.5, Электричество и магнетизм. 2 изд. М., 1977, стр.186-191; Е.А. Мареев, В.Ю. Трахтенгерц. Загадки атмосферного электричества, «Природа», 2007, №3, стр.24-34).A disadvantage of the known method and device is the low accuracy of assessing the lightning protection of objects, due to the mismatch with the physical processes characteristic of real thunderclouds, where several thunderstorm cells are present at the same time with parameters that are limiting in electric charges and characteristics, which changes the paths of a lightning discharge and, accordingly, the place of lightning object or into an air terminal. In the known method for testing an object for lightning protection, a unipolar charged cloud is created. However, under natural conditions “... clouds of the same name can exist only as an exception” (I. S. Stekolnikov. “Physics of lightning and lightning protection.” Publishing House of the USSR Academy of Sciences, M.-L., 1943, p. 12). As a rule, a real cloud contains two or more regions with opposite charges that affect the distribution of the electric field between the cloud, the object and the lightning rod, and, accordingly, the occurrence of discharges between them (I. S. Stekolnikov. “Physics of lightning and lightning protection”. Publishing House of the Academy of Sciences of the USSR, M.-L., 1943, pp. 9-19; Feynman Lectures in Physics, vol. 5, Electricity and Magnetism. 2 ed. M., 1977, pp. 186-191; E.A. Mareev , V. Yu. Trakhtengerts. Mysteries of atmospheric electricity, "Nature", 2007, No. 3, pp. 24-34).
Задача изобретения - повышение точности оценки молниезащищенности объекта. Технический результат - приближение искусственно созданных ячеек грозового облака к природным грозовым облакам и повышение точности создания условий возникновения молний.The objective of the invention is to increase the accuracy of assessing the lightning protection of an object. The technical result is the approximation of artificially created cells of a thundercloud to natural thunderclouds and increasing the accuracy of creating conditions for the occurrence of lightning.
Задача решается тем, что в способе испытаний объектов на молниезащищенность, заключающемся в том, что создают поток заряженного аэрозоля, накапливают электрический заряд в заторможенном потоке в виде заряженного облака до величины, когда напряженность электрического поля в промежутке «облако-модель объекта» достаточна для формирования лидерного разряда, регистрируют количество разрядов, попадающее на объект и молниеприемник и делают вывод о молниезащищенности объекта, создают трехпольную ячейку грозового облака путем внедрения в него положительного, затем отрицательного и снова положительного заряда.The problem is solved in that in the method of testing objects for lightning protection, which consists in creating a charged aerosol stream, they accumulate an electric charge in an inhibited stream in the form of a charged cloud to a value when the electric field strength in the gap between the “object cloud” is sufficient to form leader discharge, record the number of discharges falling on the object and the air terminal and make a conclusion about the lightning protection of the object, create a three-field cell of a thundercloud by introducing into positive, then negative and again positive charge.
В устройстве для испытаний объектов на молниезащищенность, включающем модель объекта с молниеприемником, имитатор грозовых облаков, выполненный в виде генератора заряженного аэрозоля, и регистратор разрядов, попадающих на объект, генератор заряженного аэрозоля подключен к источнику знакопеременного во времени тока с возможностью регулирования амплитуды и длительности импульсов выходного тока, причем отношение времен Т+/Т- - длительностей положительной и отрицательной полярностей и отношение I+/I- - амплитуд тока положительной и отрицательной полярностей может изменяться в пределах от 0,1 до 2, сумма Т++Т- длительностей положительной и отрицательной полярностей может изменяться от 0,1 до 10 секунд, а длительность паузы между сериями импульсов составляет не менее 1 секунды.In a device for testing objects for lightning protection, including a model of an object with a lightning rod, a thundercloud simulator made in the form of a charged aerosol generator, and a discharger of discharges falling onto an object, a charged aerosol generator is connected to a source of alternating current with the possibility of controlling the amplitude and duration of pulses output current, wherein the time ratio T + / T - - durations of positive and negative polarities and the ratio of I + / I - - current amplitudes of the positive and neg negative-polarity may range from 0.1 to 2, the sum of T + T - the durations of the positive and negative polarities may vary from 0.1 to 10 seconds, and the duration of the pauses between pulse trains is not less than 1 second.
В предложенном способе искусственно созданное грозовое облако представляет собой трехпольную модель ячейки грозового облака со сферическими заряженными областями, расположенными по оси потока, причем верхняя заряжена положительно, средняя - отрицательно и нижняя -положительно. Такая модель наиболее приближена к реальному распределению зарядов в грозовом облаке, что подтверждается в работах (И.С. Стекольников. «Физика молнии и молниезащита». Издательство АН СССР, М.-Л., 1943, стр.9-19; Фейнмановские лекции по физике, т.5, Электричество и магнетизм, стр 186-191, Е.А.Мареев, В.Ю. Трахтенгерц. Загадки атмосферного электричества, «Природа», №3, стр.24-34). Поэтому использование трехпольной ячейки при испытаниях повышает точность оценки молниезащищенности объекта. Создание трехпольной ячейки обеспечивается использованием в генераторе аэрозольной струи источника знакопеременного питания. При этом величина заряда в каждой сфере определяется временем зарядки и амплитудой тока зарядки соответствующей полярности. Исходя из известных данных о величинах зарядов в реальных облаках найдены диапазоны соотношения амплитуд тока и длительностей положительной и отрицательной полярностей. Таким образом, предложенный способ и устройство обеспечивают повышение точности создания реальных условий возникновения молнии.In the proposed method, an artificially created thundercloud is a three-field model of a thundercloud cell with spherical charged regions located along the flow axis, with the upper one being positively charged, the middle one being negatively charged and the lower one being positively charged. Such a model is closest to the actual charge distribution in a thundercloud, which is confirmed in the works (I. S. Stekolnikov. “Physics of lightning and lightning protection.” Publishing House of the USSR Academy of Sciences, M.-L., 1943, pp. 9-19; Feynman lectures in Physics, vol. 5, Electricity and Magnetism, pp. 186-191, E. A. Mareev, V. Yu. Trakhtengerts. Mysteries of atmospheric electricity, "Nature", No. 3, pp. 24-34). Therefore, the use of a three-field cell during testing increases the accuracy of assessing the lightning protection of an object. The creation of a three-field cell is ensured by using an alternating power source in the aerosol jet generator. The magnitude of the charge in each sphere is determined by the charging time and the amplitude of the charging current of the corresponding polarity. Based on the known data on the values of charges in real clouds, the ranges of the ratio of current amplitudes to durations of positive and negative polarities are found. Thus, the proposed method and device provide increased accuracy in creating real conditions for the occurrence of lightning.
На фиг.1 представлена схема устройства для испытания объектов на молниезащищенность, на фиг.2 - форма выходного тока источника знакопеременного питания.Figure 1 presents a diagram of a device for testing objects for lightning protection, figure 2 - the shape of the output current source of alternating power.
Устройство содержит имитатор 1 местности, модель 2 объекта, модель 3 молниеприемника, имитатор грозовых облаков, выполненный в виде генератора 4 заряженной аэрозольной струи, который соединен с источником 5 знакопеременного питания, в котором имеется возможность регулирования амплитуды и длительности выходного тока. Устройство содержит также регистратор разрядов, представляющий собой фотоаппарат 6, подсоединенный к компьютеру или токовый шунт 7, через который модель 3 молниеприемника соединена с имитатором 1 местности. Отношение Т+/Т- длительностей положительной и отрицательной полярностей и отношение I+/I- амплитуд тока положительной и отрицательной полярностей источника 5 знакопеременного питания может изменяться от 0,1 до 2, сумма Т++Т- длительностей положительной и отрицательной полярностей может изменяться от 0,1 до 10 секунд, а длительность паузы Tп между сериями импульсов составляет не менее 1 секунды.The device contains a terrain simulator 1, an object model 2, a lightning rod model 3, a thundercloud simulator made in the form of a charged aerosol jet generator 4, which is connected to an alternating power source 5, in which it is possible to control the amplitude and duration of the output current. The device also contains a discharge recorder, which is a camera 6 connected to a computer or a current shunt 7, through which a lightning rod model 3 is connected to a terrain simulator 1. The ratio of T + / T - durations of positive and negative polarities and the ratio of I + / I - current amplitudes of positive and negative polarities of alternating power supply 5 can vary from 0.1 to 2, the sum of T + + T - durations of positive and negative polarities can vary from 0.1 to 10 seconds, and the pause duration T p between series of pulses is at least 1 second.
Способ осуществляется следующим образом. От источника 5 подают питание на генератор 4 заряженной аэрозольной струи, который образует заряженное аэрозольное облако над имитатором 1 местности. В зависимости от требуемых условий испытания объектов устанавливают разные соотношения I+/I- амплитуды и Т+/Т- длительностей положительной и отрицательной полярностей тока источника 5. При этом в аэрозольном облаке формируются области с зарядами, разными по величине и полярности. При достижении достаточного заряда из аэрозольного облака развивается искровой разряд, который регистрируют фотоаппаратом 6 или шунтом 7. Пауза между сериями импульсов составляет не менее 1 секунды и необходима для того, чтобы предыдущее заряженное облако рассеялось. По количеству разрядов в объект и молниеприемник, определяемом в соответствии с требованиями испытаний, устанавливают степень молниезащищенности объекта. Надежность молниеприемника определяется соотношением разрядов, попавших в защищаемый объект, и разрядов, не попавших в объект.The method is as follows. From source 5, power is supplied to a charged aerosol stream generator 4, which forms a charged aerosol cloud above the terrain simulator 1. Depending on the required test conditions of the objects, different ratios of I + / I — the amplitudes and T + / T — the durations of the positive and negative polarities of the current of source 5 are established. In this case, regions with charges of different magnitude and polarity are formed in the aerosol cloud. When a sufficient charge is reached, a spark discharge develops from the aerosol cloud, which is recorded by the camera 6 or by shunt 7. The pause between the series of pulses is at least 1 second and is necessary for the previous charged cloud to dissipate. By the number of discharges into the object and the air terminal, determined in accordance with the requirements of the tests, the degree of lightning protection of the object is established. Reliability of an air terminal is determined by the ratio of the discharges that fall into the protected object and the discharges that do not fall into the object.
Заявляемые способ и устройство позволяют с большей точностью оценить молниезащищенность объекта, так как при испытаниях создаются условия, приближенные к реальным. Проведенные испытания показали более высокую степень определения поражаемости объекта, которые соответствуют реальным условиям грозовой активности.The inventive method and device can more accurately assess the lightning protection of the object, since the tests create conditions that are close to real. The tests performed showed a higher degree of determination of the damageability of the object, which correspond to the actual conditions of thunderstorm activity.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012118999/07A RU2502237C1 (en) | 2012-05-11 | 2012-05-11 | Method of testing facilities for lightning protection and apparatus for realising said method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012118999/07A RU2502237C1 (en) | 2012-05-11 | 2012-05-11 | Method of testing facilities for lightning protection and apparatus for realising said method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012118999A RU2012118999A (en) | 2013-12-10 |
| RU2502237C1 true RU2502237C1 (en) | 2013-12-20 |
Family
ID=49682511
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012118999/07A RU2502237C1 (en) | 2012-05-11 | 2012-05-11 | Method of testing facilities for lightning protection and apparatus for realising said method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2502237C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021210985A1 (en) * | 2020-04-14 | 2021-10-21 | Vestlandets Innovasjonsselskap As | Lightning test method and system |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU723804A1 (en) * | 1978-08-09 | 1980-03-25 | Ленинградский Ордена Ленина Политехнический Институт Им. М.И.Калинина | Lightning protection method |
| SU1370800A1 (en) * | 1986-08-11 | 1988-01-30 | Московский энергетический институт | Apparatus for testing objects for lightning protection |
| US7468879B2 (en) * | 2005-11-23 | 2008-12-23 | Rizk Farouk A M | Lightning protection device wet/dry glow-based streamer inhibitor |
-
2012
- 2012-05-11 RU RU2012118999/07A patent/RU2502237C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU723804A1 (en) * | 1978-08-09 | 1980-03-25 | Ленинградский Ордена Ленина Политехнический Институт Им. М.И.Калинина | Lightning protection method |
| SU1370800A1 (en) * | 1986-08-11 | 1988-01-30 | Московский энергетический институт | Apparatus for testing objects for lightning protection |
| US7468879B2 (en) * | 2005-11-23 | 2008-12-23 | Rizk Farouk A M | Lightning protection device wet/dry glow-based streamer inhibitor |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021210985A1 (en) * | 2020-04-14 | 2021-10-21 | Vestlandets Innovasjonsselskap As | Lightning test method and system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012118999A (en) | 2013-12-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Betz et al. | Lightning: principles, instruments and applications: review of modern lightning research | |
| RU2523422C1 (en) | Test method isolated objects (aircrafts) for corona effect on and device for its implementation | |
| Taniguchi et al. | Discharge characteristics of 5 m long air gap under foggy conditions with lightning shielding of transmission line | |
| RU2502237C1 (en) | Method of testing facilities for lightning protection and apparatus for realising said method | |
| CN110726881A (en) | Simulation method for inductive lightning and direct lightning | |
| CN102799112B (en) | Method for determining aircraft lightning stroke attachment point position | |
| CN103245896A (en) | Distributing line lightning induction overvoltage simulation platform based on rocket triggered lightning technology | |
| Zhang et al. | Characteristics and simulation of lightning current waveforms during one artificially triggered lightning | |
| Garolera et al. | Lightning attachment to wind turbine surfaces affected by internal blade conditions | |
| CN111337796A (en) | Power transmission line lightning shielding failure model test platform and method considering mountain terrain | |
| Wang et al. | Design of multi-component impulse current generator for practical lightning current simulation | |
| Rizk | Modeling of proximity effect on positive leader inception and breakdown of long air gaps | |
| Zhang et al. | The characteristics and simulation of close leader/return stroke field change waveforms | |
| Čop et al. | Protection against lightning at a geomagnetic observatory | |
| Diaz et al. | Streamer-to-leader transition in a sphere-to-plane air gap tested with switching impulses | |
| Chen et al. | Analysis of lightning electromagnetic fields at near and far ranges | |
| Yuan et al. | Experimental study and analysis of insulator breakdown characteristics with short-tail lightning impulse | |
| JP2016217252A (en) | Wind generator system and flying bird prediction device | |
| Temnikov et al. | On a criterion of the appearance of an upward leader from ground-based objects | |
| CN203164342U (en) | Distribution line lightning induction overvoltage simulation platform based on rocket introducing thunder technology | |
| Simka et al. | Air breakdown at sharp edges | |
| Grzybowski et al. | Effectiveness of lightning protection devices | |
| Madsen et al. | ELITE: enhanced lightning effects testing capabilities | |
| Fan et al. | Observations of the magnetic pulses in rocket-triggered lightning with sensitive magnetic sensor | |
| Rezinkina et al. | Physical modeling of electrical physical processes at long air gaps breakdown |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20191230 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200512 |