Сравнительный анализ импульсного сопротивления сосредоточенных заземлителей различной геометрии при высокой напряжённости электрического поля в грунте
DOI:
https://doi.org/10.24160/0013-5380-2026-4-12-17Ключевые слова:
молниезащита, сосредоточенный заземлитель, импульсное сопротивление заземления, ионизация грунта, искрообразование, генератор импульсных напряженийАннотация
В статье представлены результаты экспериментального исследования влияния геометрии сосредоточенного заземлителя на его импульсное сопротивление для выявления закономерностей, связывающих форму электрода с динамикой нелинейного переходного процесса при импульсном пробое. Исследования проводились в условиях интенсивной ионизации грунта с высоким удельным сопротивлением. В натурных условиях испытано три типа электродов с одинаковой площадью поверхности: горизонтальный стержень, горизонтальная труба и полусферический электрод. Воздействие осуществлялось импульсами высокого напряжения с амплитудой до 300 кВ. Методом синхронной осциллографической регистрации напряжения и тока получены временные зависимости импульсного сопротивления. Установлено, что геометрия заземлителя оказывает систематическое влияние как на абсолютное значение минимального импульсного сопротивления, так и на коэффициент его снижения относительно стационарного значения. Стержневой заземлитель обеспечивает наименьшее абсолютное импульсное сопротивление при всех значениях приложенного импульса, что подтверждает его практические преимущества для молниезащиты объектов энергетики. Полусферический электрод демонстрирует максимальную относительную эффективность ионизации, указывая на наибольшую динамику снижения сопротивления для данной геометрии. Полученные данные служат основой для уточнения математических моделей нелинейного растекания тока, учитывающих влияние геометрии на пространственное развитие искровых каналов в грунте.
Библиографические ссылки
1. Бургсдорф В.В., Якобс А.И. Заземляющие устройства электроустановок. М.: Энергоатомиздат, 1987, 400 с.
2. Рябкова Е.Я. Заземления в установках высокого напряжения. М.: Энергия, 1978, 224 с.
3. Правила устройства электроустановок. Седьмое издание. М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2006, 522 с.
4. IEC 62561-2:2018. Lightning protection system components (LPSC). 2018, 66 p.
5. Lightning Protection / Ed. by V. Cooray. London: IET, 2010, 1100 p.
6. Rakov V.A., Uman M.A. Lightning: Physics and Effects. Cambridge: Cambridge University Press, 2003, 687 p.
7. Vasilyak L.M. et al. Nonlinear Impulse Current Spreading and Electrical Breakdown in Soil. – High Temperature, 2014, vol. 52, pp. 797–802, DOI: 10.1134/S0018151X14060182.
8. Nor N.M. Review: Soil Electrical Characteristics Under High Impulse Currents. – IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, 2006, vol. 48, No. 4, pp. 826–829, DOI: 10.1109/TEMC. 2006.882837.
9. Asimakopoulou F.E., Gonos I.F., Stathopulos I.A. Methodologies for Determination of Soil Ionization Gradient. – Journal of Electrostatics, 2012, vol. 70, No. 5, pp. 457–461, DOI: 10.1016/j.elstat.2012.07.003.
10. Vasilyak L.M. et al. Electrical Breakdown of Soil Under Nonlinear Pulsed Current Spreading. – Journal of Physics D: Applied Physics, 2015, vol. 48, DOI: 10.1088/0022-3727/48/28/285201.
11. Ивонин В.В. и др. Оптические исследования искровых каналов в грунте при растекании импульсного тока. – Прикладная физика, 2015, № 4, с. 50–53.
12. Wang J., Liew A.C., Darveniza M. Extension of Dynamic Model of Impulse Behaviour of Concentrated Grounds at High Currents. – IEEE Transactions on Power Delivery, 2005, vol. 20, No. 3, pp. 2160–2165, DOI: 10.1109/TPWRD.2004.839645.
13. Gouda O.E. et al. Performance of Grounding Electrodes Under Lightning Strokes in Uniform and Two-Layer Soils Considering Soil Ionization. – IEEE Access, 2022, vol. 10, pp. 76855–76869, DOI: 10.1109/ACCESS.2022.3192394.
14. Meyberg R.A., de Barros M.T.C., Mahseredjian J. New Methodology for Representing Soil Ionization in FDTD Simulations of Grounding Electrodes. – IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, 2025, vol. 67, No. 1, pp. 277–285, DOI: 10.1109/TEMC.2024.3505113.
15. Ивонин В.В. Исследование импульсных сопротивлений электродов различных типов с одинаковой площадью поверхности. – Труды Кольского научного центра РАН, 2018, т. 9, № 8 (17), с. 122–126.
#
1. Burgsdorf V.V., Yakobs A.I. Zazemlyayushchie ustroystva elektroustanovok (Grounding Devices of Electrical Installations). M.: Energoatomizdat, 1987, 400 p.
2. Ryabkova E.Ya. Zazemleniya v ustanovkah vysokogo naprya-zheniya (Grounding in High Voltage Installations). M.: Energiya, 1978, 224 p.
3. Pravila ustroystva elektroustanovok. Sed’moe izdanie (Rules of the Device of Electrical Installations. Seventh Edition). M.: Izd-vo NTs ENAS, 2006, 522 p.
4. IEC 62561-2:2018. Lightning protection system components (LPSC). 2018, 66 p.
5. Lightning Protection / Ed. by V. Cooray. London: IET, 2010, 1100 p.
6. Rakov V.A., Uman M.A. Lightning: Physics and Effects. Cambridge: Cambridge University Press, 2003, 687 p.
7. Vasilyak L.M. et al. Nonlinear Impulse Current Spreading and Electrical Breakdown in Soil. – High Temperature, 2014, vol. 52, pp. 797–802, DOI: 10.1134/S0018151X14060182.
8. Nor N.M. Review: Soil Electrical Characteristics Under High Impulse Currents. – IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, 2006, vol. 48, No. 4, pp. 826–829, DOI: 10.1109/TEMC.2006.882837.
9. Asimakopoulou F.E., Gonos I.F., Stathopulos I.A. Metho-dologies for Determination of Soil Ionization Gradient. – Journal of Electrostatics, 2012, vol. 70, No. 5, pp. 457–461, DOI: 10.1016/j.elstat.2012.07.003.
10. Vasilyak L.M. et al. Electrical Breakdown of Soil Under Nonlinear Pulsed Current Spreading. – Journal of Physics D: Applied Physics, 2015, vol. 48, DOI: 10.1088/0022-3727/48/28/285201.
11. Ivonin V.V. et al. Prikladnaya fizika – in Russ. (Applied Phy-sics), 2015, No. 4, pp. 50–53.
12. Wang J., Liew A.C., Darveniza M. Extension of Dynamic Model of Impulse Behaviour of Concentrated Grounds at High Currents. – IEEE Transactions on Power Delivery, 2005, vol. 20, No. 3, pp. 2160–2165, DOI: 10.1109/TPWRD.2004.839645.
13. Gouda O.E. et al. Performance of Grounding Electrodes Under Lightning Strokes in Uniform and Two-Layer Soils Considering Soil Ionization. – IEEEAccess, 2022, vol. 10, pp. 76855–76869, DOI: 10.1109/ACCESS.2022.3192394.
14. Meyberg R.A., de Barros M.T.C., Mahseredjian J. New Methodology for Representing Soil Ionization in FDTD Simulations of Grounding Electrodes. – IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, 2025, vol. 67, No. 1, pp. 277–285, DOI: 10.1109/TEMC.2024.3505113.
15. Ivonin V.V. Trudy Kol’skogo nauchnogo tsentra RAN – in Russ. (Proceedings of the Kola Scientific Center of the Russian Academy of Sciences), 2018, vol. 9, No. 8 (17), pp. 122–126
