На основе выполненных исследований были определены следующие характери­стики электрических и магнитных полей, создаваемых током молнии:

вертикальная составляющая напря­женности электрического поля и горизонтальная составляющая напряженности магнитного поля на порядок и более превышают горизонтальную составляю­щую напряженности электрического поля и вертикальную составляющую напря­женности магнитного поля ;

вертикальная составляющая электри­ческого поля и горизонтальная составля­ющая магнитного поля представляют собой кривую с очень крутым первым фронтом, за которым следуют всплески с гораздо менее крутым фронтом (см. рис. 1.5). Первый фронт обоих компонен­тов имеет одинаковую крутизну и представ­ляет собой так называемую излучаемую составляющую поля, затухающую обратно пропорционально расстоянию ( ). После­дующие фронты (всплески) соответствуют емкостной и индуктивной составляющим, которые уменьшаются с увеличением рас­стояния быстрее чем пропорционально - и соответственно. С дальнейшим увеличением расстояния до нескольких десятков километров излучаемая составля­ющая становится преобладающей, а верти­кальная составляющая электрического поля

Рис. 1.5. Результаты измерений вертикальной составляющей напряженности электрического и горизонтальной составляющей напряженности магнитного полей:

а – на расстоянии 5 км от места удара; б – на расстоянии 50 км от места удара

и горизонтальная составляющая магнит­ного поля становятся взаимосвязанными через волновое сопротивление вакуума, рав­ное Ом.

Максимальная крутизна первого фронта кривой напряженности электриче­ского поля является очень важной вели­чиной. Эта величина пропорциональна наибольшей крутизне фронта тока молнии :

,

где - скорость фронта волны тока молнии, с.

Крутизна тока молнии согласно послед­ним измерениям может доходить до 300 кА/мкс. В наиболее известных доку­ментах СИГРЭ и МЭК, посвященных этому вопросу, приводятся значения кру­тизны фронта тока на уровне 200 кА/мкс с вероятностью того, что эта крутизна будет превышена не менее чем на 0,01.

Рассчитанные максимальные крутизны первого фронта кривой электрического поля молнии во время разряда могут удер­живаться в течение нескольких сотен нано­секунд.

Токи разрядов между облаками вызы­вают появление значительно более слабых электромагнитных полей по сравнению с токами разрядов в землю. Так, напряжен­ность электромагнитного поля вблизи раз­ряда между облаками сопоставима с напряженностью поля основного разряда. В связи с этим разряды между облаками представляют интерес только для аэрона­вигации.

Оказалось, что при протекании обрат­ного тока молнии и токов разряда между облаками, при рекомбинации зарядов и раз­витии лидера генерируются электромаг­нитные поля в диапазоне очень высоких (ОВЧ) или ультравысоких (УВЧ) частот.

---

На рис. 1.6 приведена кривая Пирса, представляющая собой кривую напряжен­ность электрического поля тока молнии

Рис. 1.6. Усредненный спектр амплитудных значений напряженности электрического поля, образующегося при разряде молнии на расстоянии 10 км (кривая Пирса) по данным исследований различных авторов

(измеренную с учетом всех вышеупомяну­тых составляющих) в диапазонах частот от 1 кГц до 1 МГц при обратном разряде и от десятков мегагерц до гигагерц при реком­бинации зарядов либо развитии стреловид­ного лидера.

1.2.2. Прямые удары молнии в линии электропередачи и в другие элементы электроустановок

Прямое попадание молнии в линию электропередачи. Результатом такого воз­действия является бегущая волна, распро­страняющаяся вдоль линии электропере­дачи.

При прямом попадании молнии в фаз­ный провод вид фронта и спада импульса напряжения зависит от формы тока мол­нии. Длительность фронта импульса может составлять доли микросекунд, а его кру­тизна достигать 50 МВ/мкс. Крутизну импульса напряжений можно рассчитать по следующей формуле:

,

где - волновое сопротивление линии электропередачи.

Импульс напряжения имеет длительность (время до момента уменьшения импульса до половины его амплитуды) порядка несколь­ких десятков микросекунд.

В случае обратного перекрытия — с опоры или заземленного троса на фазный провод — длительность фронта импульса напряжения составляет порядка нескольких десятков наносекунд (до нескольких сотен наносекунд при большой длине проме­жутка), а длительность импульса меньше, чем в случае прямого попадания молнии в фазный провод, и составляет от 5 до 15 мкс.

В обоих случаях наклон импульса сглаживается в той части фронта импульса, где напряжение превышает начальное напряжение возникновения импульсной короны , что приводит к уменьшению крутизны фронта импульса при прохожде­нии ею некоторого расстояния .

Для инженерного расчета крутизны фронта бегущего импульса на расстоя­нии от места удара молнии используют следующую формулу:

,

где - крутизна фронта импульса в месте удара молнии, кВ/мкс; - расстояние, м; - параметр искажения.

Эффект сглаживания фронта импульса имеет огромное значение. Так, на расстоя­нии около 1 км (или немного меньше) от места удара молнии вне зависимости от формы импульса в месте удара крутизна фронта импульса будет не меньше 1 МВ/мкс.

Для ЭМС наиболее важным является перекрытие изоляции ВЛ. Вследствие про­боя образуется резкий срез импульса напряжения (обычно на спаде) длительно­стью порядка десятков или нескольких сотен наносекунд.

При движении импульса вдоль ВЛ кру­тизна этого среза остается практически неизменной, так как импульсная корона не оказывает на него заметного влияния. Кру­тизна этого среза может уменьшаться только из-за потерь в линии.

---

Таким образом, срезанный импульс, возникающий при перекрытии линейной изоляции, оказывает более сильное воз­действие на оборудование (например, на вторичные обмотки трансформатора тока), присоединенное непосредственно к линии, чем фронт.

Удары молнии на территории под­станции. При расчете эффектов, обуслов­ленных молнией при прямом ударе в эле­менты подстанций (здания, молниезащитные тросы или заземленные токоведущие части открытой подстанции), ВЧ-излучение, создаваемое каналом молнии, обычно не учитывают.

В этой ситуации основную роль играет распределение импульсных токов молнии по элементам подстанции, включая обору­дование, попадающее в зону растекания -тока молнии.

Можно отметить два основных механиз­ма передачи помех:

низкочастотный, связанный с повы­шением потенциала заземлителя и напря­мую связанный с амплитудой тока молнии;

высокочастотный, зависящий главным образом от пространственного распо­ложения элементов подстанции (и в меньшей степени связанный с их заземлением) л напрямую связанный с крутизной фронта тока молнии.

На практике непосредственные попада­ния молнии в элементы подстанции могут рассматриваться как квазистационарные явления. Из этого следует, что для практи­ческого моделирования пригодна теория цепей, особенно в тех случаях, когда эле­менты могут быть представлены в виде взаимосвязанного набора проводящих вет­вей. Таким образом, с помощью классиче­ской теории цепей можно оценить распре­деление импульсных токов по объекту.

Процессы, происходящие в модели, ана­лизируются в некотором диапазоне частот, а затем с помощью принципа суперпозиции ' оцениваются результаты воздействия при различных частотах.

Основные особенности разработанной модели сводятся к следующему:

• при оценке помех цепи или элементы сооружения представляют как часть сети, а напряжения и токи в них определяют как наведенные в элементах сети. При таком подходе становится возможным анализ распространения импульса, если рассматрива­емое сооружение достаточно дискретизировано и учтены паразитные емкости;

• математическая модель позволяет одновременно учесть взаимодействия между всеми токами, протекающими в различных ветвях элементов модели сети. При расчете активного сопротивления ветвей учитывается поверхностный эффект. Между двумя соседними узлами может быть помещена ветвь, представляющая - цепочку, Если расстояние между ветвями много больше их размеров, то взаимные индуктивности между этими ветвями можно не учитывать;

• в модели наличие земли учитывают посредством отображений проводников на определенной глубине в земле, в зависи­мости от частоты тока и удельного сопро­тивления земли.

На рис. 1.7 приведены результаты лабо­раторных испытаний, достаточно хорошо согласующиеся с результатами расчетов.

---

Рис 1.7. Результаты расчетов и лабораторных испытаний:

а - распределение импульсных токов по ветвям 1 и 2 объекта (смоделированного сеткой из медной проволоки диаметром 1 мм с ячейками размером 500 мм), полученное при воздействии импульсного тока стандартной формы; б - измеренное (пунктир) и расчетное (сплошная линия) значение тока в одной из ветвей проволоч­ной сетки, обозначенной цифрой 1

1.2.3. Воздействие электромагнитного поля молнии на линии электропередачи или сооружения

Рассматриваемое воздействие имеет важное значение для распределительных линий низкого и среднего напряжения, пос­кольку на таких линиях возможно возник­новение пробоев изоляции, вызванных ин­дуцированными грозовыми перенапряже­ниями.

Результатом индуцированных перена­пряжений является бегущий импульс тока и напряжения, распространяющийся по пинии подобно импульсам, вызванным прямыми ударами молнии в ВЛ.

Амплитуда импульса напрямую зави­сит от расстояния от места удара молнии в землю до линии, возрастает при увеличе­нии высоты линии и заметно уменьшается вследствие экранирования заземленными молниезащитными тросами, если они име­ются.

На линиях среднего и низкого напряже­ния амплитуда бегущего импульса часто превышает напряжение пробоя изоляции, что вызывает ее пробой и срез импульса.

В месте ВЛ, ближайшем к месту удара молнии, фронт импульса имеет такой же вид, как и при прямом ударе молнии, в то время как длительность импульса волны заметно меньше и составляет 5-10 мкс. Выводы по поводу искажения формы импульса импульсной короной и пробоями изоляции, сделанные применительно к пря­мому попаданию молнии в провода ВЛ и обратным перекрытиям, одинаково приме­нимы и к данному случаю.

Если сооружение имеет меньшие раз­меры (длину), чем ВЛ, то и запасаемая им электромагнитная энергия будет меньше. Возмущение же, переданное от сооружения к оборудованию, присоединенному или расположенному в непосредственной бли­зости от сооружения, будет меньше, чем при прямом воздействии поля тока молнии. В этом случае сооружение выступает в роли экрана для излучаемого поля.

1.2.4. Стандартизированные параметры тока молнии

В стандарте МЭК 61312-1 приведены нормированные параметры импульса тока молнии (рис. 1.8 и табл. 1.3-1.5).

Средний ток приблизительно равен .

Удары молнии в молниеприемники на территории энергообъекта, как правило, вызывают нарушения в работе автоматизи­рованных систем технического управления

Рис. 1.8. Форма импульса тока молнии и поражающие факторы тока молнии:

- удельная энергия; - крутизна тока; - заряд; - максимальный ток

Таблица 1.3. Параметры первого импульса тока молнии, развивающейся с положительно заряженного облака

Параметр тока	Уровень защиты
	I	II	III—IV
Максимальный ток, кА	200	150	100
Длительность фронта , мкс	10	10	10
Длительность импульса , мкс	350	350	350
Заряд в коротком импульсе , Кл	100	75	50
Удельная энергия , МДж/Ом	10	5,6	2,5

---

Таблица 1.4. Параметры второго импульса тока молнии, развивающейся с отрицательно заряженного облака

Параметр тока	Уровень защиты
	I	II	III—IV
Максимальный ток, кА	50	37,5	25
Длительность фронта , мкс	0,25	0,25	0,25
Длительность импульса , мкс	100	100	100
Средняя крутизна , кА/мкс	200	150	100

Таблица 1.5. Параметры постоянной составляющей тока молния

Параметр тока	Уровень защиты
	I	II	III—IV
Заряд , Кл	200	150	100
Длительность , с	0,2-0,8	0,2—0,8	0,2—0,8

электротехническими объектами: повреж­дения кабелей и элементов устройств, нару­шение функционирования отдельных уст­ройств.

Анализ таких случаев на действующих .подстанциях и электростанциях показал, что при ударах молнии в молниеприемники, расположенные вблизи кабельных каналов или лотков, происходит пробой изоля­ции кабелей с земли. В результате перекры­тия изоляции импульс перенапряжения рас­пространяется по вторичным цепям системы (например, цепям оперативного тока), вызы­вая повреждение отдельных элементов уст­ройств.

Амплитудно-частотные характеристики импульсных помех, возникающих в кабе­лях, изменяются в широком диапазоне и зависят от параметров тока молнии, трассы и длины кабелей, нагрузки на концах кабе­лей. Частотный спектр изменяется от десятков килогерц до нескольких мегагерц. Амплитуда импульсных помех может нахо­диться в пределах от десятков вольт до десятков киловольт.

При ударах молнии в территорию энергообъекта представляют опасность следую­щие воздействия:

• непосредственное попадание в обо­рудование высокого напряжения и здания;

• воздействие на автоматические и автоматизированные системы технологиче­ского управления электротехническими объектами импульсных магнитных полей от тока молнии;

• перекрытие с заземляющего устрой­ства через грунт на кабели автоматической и автоматизированной системы технологи­ческого управления электротехническими объектами;

• перекрытие с поверхности земли на жилы кабелей;

• обратное перекрытие с молниеприемника на первичное оборудование;

• индуцирование импульсных перена­пряжений в цепях вторичной коммутации.

На рис. 1.9 дана иллюстрация воздей­ствий молнии на энергообъект, а в табл. 1.6 приведены их некоторые характеристики.

Непосредственное попадание молнии в оборудование высокого напряжения и зда­ния исключается при правильном выборе зон защиты молниеприемников.

Рис 1.9. Возможные воздействия молнии:

- непосредственный удар; - удаленный разряд; - шина выравнивания потенциалов; - сопро­тивление заземления (0,5-10 Ом); - пени, образованная проводами; - разряд между облаками; 1 - защищаемый объект; 2 - часть защищаемого устройства; 3 - трансформаторная подстанция; 4 - кабель линий управления, связи; 5 - кабель низкого напряжения; 6 – ВЛ

---

Смотрите также файлы

• Санитарлы-қорғаныс аймақты анықтау және зиянды қоспалардың атмосферада сейілуін есептеу.docx

• шпоры саясаттану.docx

• все формулы вышмат.doc

• Алгебра 1 семестр.pdf

• ЭОиУП A416 5В070200 каз Тузелбаев.pdf