6.6.1. Обобщенное защитное устройство и методы защиты

При решении задач защиты выделяют источник, приемник энергии и защитное устройство, которое уменьшает до допустимых уровней поток энергии к приемнику [6.10].

В общем случае защитное устройство (ЗУ) обладает способностями: отражать, поглощать, быть прозрачным по отношению к потоку энергии. Пусть из общего потока энергии W⁺, поступающего к ЗУ (рис. 6.26), часть W_, поглощается, часть W ̄ отражается и часть W^~ проходит сквозь ЗУ. Тогда ЗУ можно охарактеризовать следующими энергетическими коэффициентами: коэффициентом поглощения = W_̄ /W⁺ , коэффициентом отражения  = W ̄ /W⁺ ,коэффициентом передачи τ = W ̄ /W⁺ . Очевидно, что выполняется равенство  +  + τ = 1. Сумма  + τ = 1—  = v (где v = W_v̄ /W⁺) характеризует неотраженный поток энергии W_v, прошедший в ЗУ. Если  = 1, то ЗУ поглощает всю энергию, поступающую от источника, при  = 1 ЗУ обладает 100 %-ной отражающей способностью, а равенство τ = 1 означает абсолютную прозрачность ЗУ: энергия проходит через устройство без потерь.

рис. 6.26. Энергетический баланс защитного устройства

В соответствии с изложенным можно выделить следующие принципы защиты:

1) принцип, при котором   1; защита осуществляется за счет отражательной способности ЗУ;

2) принцип, при котором   1; защита осуществляется за счет поглощательной способности ЗУ;

3) принцип, при котором τ  1; защита осуществляется с учетом свойств прозрачности ЗУ.

На практике принципы обычно комбинируют, получая различные методы защиты. Наибольшее распространение получили методы защиты изоляцией и поглощением.

Методы изоляции используют тогда, когда источник и приемник энергии, являющийся одновременно объектом защиты, располагаются с разных сторон от ЗУ. В основе этих методов лежит уменьшение прозрачности среды между источником и приемником, т. е. выполнение условия τ  0. При этом можно выделить два основных метода изоляции: метод, при котором уменьшение прозрачности среды достигается за счет поглощения энергии ЗУ [т. е. условие τ  0 обеспечивается условием   1 (рис. 6.27, а)], и метод, при котором уменьшение прозрачности среды достигается за счет высокой отражательной способности ЗУ [т. е. условие τ  0 обеспечивается условием   1 (рис. 6.27. б)].

Рис. 6.27. Методы изоляции при расположении источника

и приемника с разных cторон отЗУ:

а - энергия поглощается; б — энергия отражается

В основе методов поглощения лежит принцип увеличения потока энергии, прошедшего в ЗУ, т. е. достижение условия v  1. Принципиально можно различать как бы два вида поглощения энергии ЗУ: поглощение энергии самим ЗУ за счет ее отбора от источника в той или иной форме, в том числе в виде необратимых потерь (характеризуется коэффициентом , рис. 6.28, a) и поглощение энергии в связи с большой прозрачностью ЗУ (характеризуется коэффициентом τ, рис. 6.28. б). Так как при v  1 коэффициент  0, то методы поглощения используют для уменьшения отраженного потока энергии; при этом источник и приемник энергии обычно находятся с одной стороны от ЗУ.

Рис. 6.28. Методы поглощения при расположении источника

и приемника с одной стороны от ЗУ:

а — энергия отбирается; б — энергия пропускается

При рассмотрении колебаний наряду с коэффициентом  часто используют коэффициент потерь η, который характеризует количество энергии, рассеянной ЗУ:

(6.28)

где W_S и _S — средние за период колебаний Т, соответственно, мощность потерь и рассеянная за то же время энергия;  —круговая частота,  = 2/Т,  —энергия, запасенная системой.

В большинстве случаев качественная оценка степени реализации целей защиты может осуществляться двумя способами:

1) определяют коэффициент защиты k_W в виде отношения: