Устройство активной защиты от межоблачного удара молнии

Кафедра электрооборудования ЛГТУ на протяжении нескольких лет занимается разработкой устройств активной молние -защиты, позволяющих полезно использовать энергию молнии [1 -3]. Одной из многочисленных разработок является устройство, представленной на рисунке.

При прямом ударе молнии в объект происходит его повреждение. Однако, наиболее частым явлением является разряд молнии в межоблачном пространстве. При этом возникает сильный электромагнитный импульс, негативно влияющий на чувствительные элементы электронной техники.

Предлагаемое устройство способно совершить отбор электроэнергии грозовой активности межоблачного пространства, и, тем самым, исключить возникновение пробоя, приводящего к появлению электромагнитного импульса.

Работа устройства основана на создании токопроводящих каналов из ионизированного воздуха и направление их в области облаков с различными значениями потенциалов.

Устройство активной защиты от межоблачного разряда молнии: главный вид (верхний рисунок) и вид сверху (нижний рисунок)

Процесс ионизации осуществляется оптическим пробоем воздуха вдоль линии распространения лучей силовых лазеров 6. Данные лазеры работают в импульсном режиме инфракрасного спектра излучения (генерирующие луч с длиной волны коротковолнового или средневолнового спектра инфракрасного излучения λ = 0,74 – 50 мкм). Лазеры ультрафиолетового спектра излучения 7 (генерирующие луч с длинойволны ближнего ультрафиолетового спектра λ = 300 – 400 нм, работающие в составе системы оптического сканирования атмосферы на наличие зон критического состояния напряженности

Две лазерные системы, входящие в состав устройства, имеют идентичное строение Система форсунок 3, располагающихся над подвижными зеркалами 5, создают движение воздуха, необходимое для исключения попадания атмосферных осадков и других мелких инородных частиц на поверхность зеркал. Внутри диэлектрического корпуса 4 расположены металлические сердечники круглого сечения, на который наматывается обмотки 8. Ме-таллическая труба 2 предназначена для защиты конструкции от попадания молнии, которую может вызвать луч лазера, попавший в зону повышенной напряженности. Система статического контроля напряженности электрического поля в 14 предназначена для подачи импульса на включение системы сканирования атмосферы, принцип работы которой основан на эффекте Керра, приводящий к возникновению двойного лучеприломления среды, в присутствии электрического поля:

ne - n0 = bXE2, где ne – коэффициент преломления обыкновенного луча;

n 0 – коэффициент преломления необыкновенного луча; b – постоянная Керра, зависящая от природы вещества; λ – длина волны света в вакууме;

E – внешнее электрическое поле.

Устройство работает следующим образом. Устройство первоначально выключено, за исключением системы статического контроля напряженности в воздухе 14, блока управления БУ и программного блока ПБ, которые включены постоянно. Система 14 подает сигнал на включение установки. Блок 15 и лазер 7 представляют собой систему сканирования атмосферы на предмет скопления заряда. Анализируя расположение областей с различными потенциалами, устройство передает информацию на блок управления (БУ), который обменивается ею с программным блоком (ПБ). Данные, полученные от системы сканирования атмосферы, являются исходными для наведения устройства отбора статического электричества по алгоритму, записанному в ПБ.

Заземленные металлические трубы 2 круглого сечения, вставленные в корпус из диэлектрика 4, предназначены для защиты элементов устройства от прямого попадания молнии. Для увеличения диэлектрической проницаемости корпус снаружи выполнен в виде тареловидных ребер.

Внутри толстостенного стакана из диэлектрика 4 располагаются катушка индуктивности 8 с ферромагнитным сердечником. Катушки индуктивности двух установок соединены между собой встречно и подключены последовательно к автотрансформатору 9. Блок 10 предназначен для выпрямления тока, а батарея конденсаторов 11 для быстрого накопления получаемого пульсирующего заряда. Накопленное в батарее конденсаторов электричество идет на зарядку аккумуляторной батареи 13 через конвертор тока 12, необходимый для ограничения тока в цепи зарядки. Для синхронизации работы элементов устройства используется разветвительный блок.

Из вышесказанного видно, что данное устройство способно не только получать альтернативную электроэнергию, но и быть при этом установкой активной молниезащиты. Данное устройство, в идеальном случае способно получать электроэнергию из статического заряда кучево-дождевых облаков, а также защищать объекты от электромагнитного импульса, возникающего при межоблачном разряде молнии, а также от прямого удара молнии в пределах горизонта во всех направлениях.