Фундаментални изследвания за възможностите на обикновени и активни мълниеприемници

Проф. д.т.н. Стефан Илиев /1928 - 2021/, РОСТИ ЕООД

Инж. Питър Респондек, Dehn+Söhne GmbH+Co.KG, Германия

В настоящето изложение се предлага допълнителна информация за някои фундаментални лабораторни и в реални условия изследвания от многогодишна дискусия. В резултат от нея е приемането на международните норми IEC 62305, ч. 1-4:2006 и европейските EN 62305, ч. 1-4:2006, приета у нас като БДС EN 62305, ч. 1-4:2006. В тях се предвиждат използването на следните мълниеприемници (МП): обикновен прът, мрежов МП и опънат проводник.


Лабораторни изследвания

1. Корона-емисионен ток

Проведени са обширни сравнителни измервания на корона-емисионен ток при различни формирани мълниенакрайници на мълниеприемник: прът със закръглени или остри върхове; обикновен метален прът от мед, алуминий или стомана (т.нар. Франклин МП); прост проводник, топка с диаметър 75 см и 18 см, извит във форма V-проводник; както и един активен МП с елипсовидно оформен накрайник 350 мм.

Установява се, че емисионният ток се увеличава с повишаване електрическата сила на полето Е kV/m, но много слабо се влияе от различните видове накрайници, включително и от активния МП. Всички корониращи електроди и остриета не емитират повишен корона-ток и като разрядни устройства са малко ефективни, дори надминати в разрядния ток от един V-формиран извит проводник.

Отбелязва се също, че при всички емисионни процеси трябва да се взема под внимание въздействието и на вятъра, който при определена скорост може да отклони емисионния ток.


2. Активни мълниеприемници

Повече от 15 години се търсят възможности да се докажат преимущества на активни спрямо обикновените МП. Съществуват много публикации, които описват теоретични разсъждения и принципи (хипотези) за действието на активните МП. Масивна реклама на производители на активни МП създава условия за монтирането им в много страни. Приема се, че около 100 000 са монтирани през последните години в различни страни на Европа, Америка и Азия.

Лабораторни изследвания във Франция и Австралия показват изпреварващ пробив при активните МП с време Т = 10 ÷ 60 µs. Въз основа на тях се правят изводите: активните МП са съществено по-добри от обикновените МП, защитният обем при тях е съществено по-голям, броят на МП съществено може да бъде намален.

Очакваните "подобрения" в защитното действие на активните МП се базира на допускания, които научно са недоказани и досега и непотвърдени в практиката.


3. Институт за наука и технологии към Университета в Манчестър

Проведени са сравнителни изследвания, отличаващи се с обхват и симулиране на различни, възможно действащи фактори на процеса на мълниепопадение и мълниепробив. Изследват се закупени стандартни и патентовани в пазарни условия активни МП и обикновен МП: Dynasphera 3000, GLT, Австралия; Pulsar 60 HELITA, Франция; Prevectron S6, INDELEC, Франция и обикновен МП, щанга - дълга 1 м, от масивна мед с диаметър 15 мм.

Буреносният облак е симулиран с алуминиев плот 3х3 м с 250 мм дебела тръбна периферия, поставен на височина 2.5 м. Височината на всички МП е 1 м. Двата МП (активен и обикновен) при опитите са на еднакво отстояние от средната точка на високонапреженовия плот. Мълниеприемниците са подложени на 35 "удара" или разряда на импулсен генератор. След това се разменят местата на МП, с което се изключва всякакво предимство на позицията им, и опитите се провеждат отново. Така описаната процедура се провежда с всички посочени по-горе активни МП.

В резултат на 12 тестсерии и 420 изпразвания (разтоварвания) 200 срещат обикновения МП (47.6%), 165 срещат активния МП (39.3%), при 55 (13.1%) няма пробив.

Опитите показват, че мълниепробивният процес има случаен характер. Въпреки относително късото въздушнопробивно разстояние не се установява по-голяма честота на пробива през активните МП.

Тези изследвания представят пълен естествен спектър от попадения върху обикновени и активни МП при идентични електрически геометрически условия. Резултатите от тях не дават никакво предимство на един МП спрямо друг.


4. Технически Университет Дармщад, Германия

В изследванията са използвани импулсни вълни 1.2/50 µs и 250/2500 µs при пробивно разстояние от 0.1-4 м. Оказва се, че пробивът в обикновените МП често се развива по-бързо (има случаи на разлики от 122 µs), отколкото в активните МП. Изводите от изследванията са, че активните МП са не само неефективни, но и концепцията, на която се базират, е неправилна.


Сравнителни изпитания в реални условия

Изключително интересни изпитания са проведени в столицата на Малайзия - Куала Лумпур. От 90-те години на ХХ в. там са монтирани многобройни, с различни форми на изпълнение, активни МП. Тази зона се характеризира с изключително висока атмосферна активност, с над 200 буреносни дни в годината и с това предлага изключително добра възможност да се изследва действието на мълниеприемните устройства в естествени условия.

Изходното състояние на над 25 сгради с монтирани активни МП се фотографира, за да се документират повредите след попадения на мълнии. В продължение на няколко месеца до няколко години се наблюдават обектите. Има сгради, улучвани и повреждани по няколко пъти за няколко месеца. Около 80% от сградите с над 60 м височина са улучвани най-малко 1 път в продължение на 2.5-3 години след инсталиране на активни МП.

Документацията на повредите ясно показва, че те не са в състояние да предпазят сградите от директи попадения. Попадения има не само по ъгли и ръбове на сградите, но и по покривното било и закръглените структури, някои в близост до мълниеприемника и в защититената от него област.

Заключението е, че е неоснователно да се приеме по-високо защитно действие на активни МП.

Съобщения за директни попадения на мълнии в защитните зони на активни МП се публикуват за много случаи: жилищна сграда в Полша, във Ватикана, въжения мост Rio-Antirio до гр. Патра, Гърция, на 27.01.2005 г., спортната зала в Alcobendas до Мадрид на 09.10.2005 г., Съдебна Намеса за Обещетения (САЩ) и др.

Уместно е възражението, че мълниепопаденията могат да се посочат и в защитните зони на обикновени МП. Такава възможност съществува, но тук става въпрос за спорната увеличена защитна зона на активните МП и за незащитени и поразени в тази зона съоръжения. Всъщност активният МП действа, но само като обикновен МП.