При отрицательном заряде облака (при­мерно 90 % молний) ток молнии состоит из серии импульсов, наложенных на постоян­ную составляющую тока молнии (рис. 9.11). Импульс тока, следующий за первым, имеет наименьшую длительность, хотя его макси­мальное значение в несколько раз меньше, чем первого (рис. 9.12).

Таким образом, молнии каждого типа характеризуются специфическим измене­нием тока во времени.

При решении задач молниезащиты и обеспечения молниеустойчивости объектов часто бывает достаточным знать указанные выше основные опасные параметры тока молнии. Важнейшим из них является мак­симальное значение тока. Как уже отмеча­лось выше, наибольшие по значению токи в объектах, расположенных на земле, при отрицательном заряде облака наблюда­ются при нисходящих молниях, причем это токи первых главных разрядов.

Рис. 9.11. Осциллограмма тока молнии, развивающейся с отрицательно заряженного облака

Рис. 9.12. Типичные осциллограммы токов главных разрядов отрицательных молний:

1 - нижняя шкала времени, 2 - верхняя шкала времени

Статистические данные о значениях токов главных разрядов приведены на рис. 9.13, где по оси ординат отложена вероятность р того, что амплитуда тока равна заданному значению или превышает его. Зависимость 3 полу­чена по формуле

_(9.1)

Эта зависимость выражает нормирован­ное в нашей стране распределение вероят­ностей значений токов молнии Распреде­ление (9.1) сильно отличается от распреде­лений максимальных значений измеренных токов молний. Это объясняется тем, что распределение (9.1) учитывает не только максимальные токи нисходящих молний, но и все другие, в том числе токи восходящих молний, а также токи при перекрытиях изоляции ВЛ в результате ударов молнии; при этом ток, определяемый магниторегистратором, не обязательно равен току мол­нии.

Рис. 9.13. Статистические данные о максимальных значениях токов молнии:

1 - измерения К. Бергера; 2 - измерения Е. Гарбагнатти; 3 - расчет по (9.1)

При определении поражающего дейст­вия тока молнии важно знать не только максимальное значение импульса тока, но и его временные параметры: длительности фронта и импульса.

Распределение вероятностей длитель­ностей фронта приведено на рис. 9.14, из которого видно, что длительность фронта импульсов тока повторных вспы­шек отрицательных молний (зависимость 2) много меньше при той же вероятности, чем первых (зависимость 1), которая, в свою очередь, гораздо меньше длительно­сти фронта тока положительных молнии (зависимость 3).

Рис. 9.14. Статистические данные о длительностях фронта токов молнии: 1 — первые импульсы отрицательных молний; 2 — вторые импульсы отрицательных молний; 3 — импульсы положительных молний

Распределения длительностей импуль­сов приведены на рис. 9.15. Наимень­шими длительностями обладают импульсы тока повторных разрядов отрицательных молнии (зависимость 2), наибольшими положительных (зависимость 3).

---

Рис. 9.15. Статистические данные о длительностях импульсов токов молнии:

1 — первые импульсы отрицательных молний: 2 — повторные импульсы отрицательных молний; 3 - импульсы положительных молний

В результате непосредственных измере­ний крутизны тока молнии установлено, что наибольшее значение крутизны тока молнии наблюдается при повторных импуль­сах токов главных разрядов отрицательных молний. Это связано с тем, что канал разряда расширен и прогрет за счет тока пер­вого импульса и тока, протекающего по каналу в интервале между импульсами. Этим не только обеспечивается повторный пробой по уже существующему каналу от облака к земле, но и облегчается нейтрали­зация зарядов, сообщенных каналу после пробоя.

Вероятность р того, что крутизна тока повторных вспышек отрицательных молний превысит заданное значение а, приведена на рис. 9.16 (зависимость 1). Для расчетов перенапряжений в ВЛ принята следующая формула для вероятности крутизны тока:

_(9.2)

Эта зависимость показана на рис. 9.16 (кривая 2). Так как она учитывает вероят­ности при любых типах молний, а также крутизны токов, измеренных в линиях при грозовых разрядах, не обязательно совпа­дающих с токами повторных импульсов, то различие зависимостей 1 и 2 на рис. 9,16 является естественным.

Рис. 9.16. Статистические данные о крутите токов молнии:

1 - повторные импульсы отрицательных молний; 2 - зависимость, рассчитанная по (9 2)

Так как условия накопления отрицательных и положительных зарядов в грозо­вом облаке не одинаковы и по-разному формируются каналы разряда, то и заряды, переносимые токами с облака на землю, оказываются не одинаковыми при разных видах молнии.

Рис. 9.17. Статистические данные о зарядах, пере­носимых токами молний:

1 — положительные молнии; 2 — отрицательные молнии

Статистические данные о зарядах Q, переносимых на землю при положитель­ных и отрицательных молниях, приведены на рис. 9.17, из которого видно, что заряд Q положительных молний (зависимость 1) намного больше, чем отрицательных (зави­симость 2).

Удельная энергия, или интеграл квадpaтa тока молнии по времени в основном определяется импульсными сос­тавляющими тока. Вклад постоянной сос­тавляющей тока молнии в интеграл А незначителен. Как и заряд Q, энергия А при положительных молниях выше, чем при отрицательных.

Обобщенная вероятность р того, что А равно заданному значению или превысит его, приведена на рис, 9 18.

Обобщенные МЭК статистические дан­ные, отражающие более полные сведения о параметрах токов различных видов молнии и их компонентов, приведены на рис. 9.19. На их основании были приняты следующие параметры испытательных импульсов токов молнии.

Рис. 9.18. Статистические данные об удельной энер­гии А

импульсов тока молнии, определяемые как 1,25 интервала времени между значениями тока 0,1 и 0,9 максимального значения, сле­дующие: первый импульс — 10 мкс, пов­торный — 0,25 мкс. Длительности импуль­сов (интервал времени от начала импульса до момента снижения тока до половины максимального значения) составляют: пер­вый импульс — 350 мкс; последующий — 100 мкс.

---

При решении вопросов молниезащиты приняты следующие испытатель­ные импульсы:

• первый — 10/350 мкс (положительно заряженное облако);

• повторный 0,25/100 мкс (второй импульс тока при отрицательном заряде облака).

Введены четыре уровня защиты, харак­теризующие вероятность того, что пара­метр не превысит указанного значения:

• I уровень — вероятность 0,99;

• II уровень — вероятность 0,97;

• III уровень— вероятность 0.91;

• IV уровень — вероятность 0,84.

Параметры испытательных импульсов приведены в табл. 9.1 – 9.3.

а) б)

в) г)

Рис. 9.19. Вероятностные характеристики параметров таков молнии максимального тока (а), максимальной крутизны (б), удельной энергии (в), заряда (г):

1 — первый импульс отрицательной молнии; 2 - второй импульс отрицательной молнии, 3 - импульс поло­жительной молнии; 4 - суммарный заряд, переносимый током отрицательной молнии, 5 - суммарный заряд, переносимый током положительной молнии

Таблица 9.1. Параметры первого импульса

Параметр	Уровень защиты
	I	II	III-IV
Максимальное значение тока, кА	200	150	100
Заряд, Кл	100	75	50
Удельная энергия, МДж/Ом	10	5,6	2,5

Таблица 9.2. Параметры второго импульса

Параметр	Уровень защиты
	I	II	III-IV
Максимальное значение тока, кА	50	37,5	25
Средняя крутизна, кА/мкс	200	150	100

Таблица 9.3. Параметры постоянной составляющей

Параметр	Уровень защиты
	I	II	III-IV
Заряд, Кл	200	150	100
Длительность, с	0,5

9.5. ЗАЩИТА ОТ ПРЯМЫХ УДАРОВ МОЛНИИ

Защита от прямых уларов молнии осу­ществляется с помощью молниеотводов. Молниеотвод представляет собой возвыша­ющееся над защищаемым объектом уст­ройство, через которое ток молнии, минуя защищаемый объект, отводится в землю.

Защитное действие молниеотводов основано на том, что во время лндерной стадии молнии на вершине молниеотвода скапливаются заряды, и наибольшие напря­женности электрического поля создаются на пути между развивающимся лидером и вершиной молниеотвода.

Возникновение и развитие с молниеот­вода встречного лидера еще более усили­вает напряженность поля на этом пути, что окончательно предопределяет удар в молниеотвод. Защищаемый объект, более низ­кий, чем молниеотвод, будучи расположен поблизости от него, оказывается заэкранированным молниеотводом и встречным лидером, и поэтому поражение его мол­нией маловероятно.

Основными действующими в России нормативными документами по защите здании, сооружений и инженерных комму­никаций от прямых ударов молнии явля­ются [17, 18].

Необходимым условием надежной защиты является также низкое сопротивле­ние заземления молниеотвода

---

Молниеотводы по типу молниеприемников разделяются на стержневые и тросо­вые. Стрежневые молниеотводы выполня­ются в виде вертикально установленных стержней (мачт), соединенных с заземлителем, а тросовые — в виде горизонтально подвешенных проводов. По опорам, к кото­рым крепится трос, прокладываются токоотводы, соединяющие трос с заземлителем.

Защитное действие молниеотвода харак­теризуется его зоной защиты, т.е. про­странством вблизи молниеотвода, вероят­ность попадания молнии в которое не пре­вышает определенного достаточно малого значения, а также значением сопротивления заземления и конструкцией заземлителя.

Стандартной зоной защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h явля­ется круговой конус высотой , вер­шина которого совпадает с вертикальной осью молниеотвода (рис. 9.20). Габариты зоны определяются двумя параметрами:

Рис. 9.20. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода

высотой конуса и радиусом конуса на уровне земли .

Формулы для расчета зон защиты оди­ночного стержневого молниеотвода высотой до 150 м приведены в табл. 9.4 Для зоны защиты требуемой надежности (рис. 9.20) радиус горизонтального сечения , на высоте определяется по формуле

(9.3)

Стандартные зоны защиты одиночного тросового молниеотвода высотой h ограни­чены симметричными двускатными поверх­ностями, образующими в вертикальном сечении равнобедренный треугольник с вершиной на высоте и основанием на уровне земли (рис. 9.21).

Формулы для расчета зон защиты одиночного тросового молниеотвода высотой до 150 м приведены в табл. 9.5. Здесь и далее под h понимается минимальная высота троса над уровнем земли (с учетом провеса).

Полуширина зоны зашиты требуемой надежности (рис. 9.21) на высоте от поверхности земли определяется выраже­нием (9.3):

Таблица 9.4. Расчет зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода

Надежность защиты	Высота молниеотвода h, м	Высота конуса , м	Радиус конуса , м
0,9	0-100 100-150	0,85 h 0,85 h	1,2 h [1,2-10-3(h-100)]h
0,99	0-30 30-100 100-150	0,8 h 0,8 h [0,8-10-3(h-100)]h	0,8 h [0,8-1,43∙10-3(h-30)]h 0,7 h
0,999	0-30 30-100 100-150	0,7 h [0,7-7,14∙10-3(h-30)]h [0,65-10-3(h-100)]h	0,6 h [0,6-1,43∙10-3(h-30)]h [0,5-2∙10-3(h-100)]h

Рис. 9. 1. Зона защиты одиночного тросового молниеотвода:

L — расстояние между точками подвеса тросов

При необходимости расширить защища­емый объем к горцам зоны защиты собст­венно тросового молниеотвода могут добав­ляться зоны зашиты несущих опор, которые рассчитываются по формулам одиночных стержневых молниеотводов, представлен­ным в табл. 9.4. В случае больших провесов тросов, например, у ВЛ, рекомендуется рассчитывать обеспечиваемую вероятность прорыва молнии программными методами, поскольку построение зон защиты по мини-

---

Таблица 9.5. Параметры зоны защиты одиночного тросового молниеотвода

Надежность защиты	Высота молниеотвода h, м	Высота конуса , м	Радиус конуса , м
0,9	0-150	0,87 h	1,5 h
0,99	0-30 30-100 100-150	0,8 h 0,8 h 0,8 h	0,95 h [0,95-7,14∙10-4(h-30)]h [0,9-10-3(h-100)]h
0,999	0-30 30-100 100-150	0,75 h [0,75-4,28∙10-4(h-30)]h [0,72-10-3(h-100)]h	0,7 h [0,7-1,43∙10-3(h-30)]h [0,6-10-3(h-100)]h

мальной высоте троса в пролете может при­вести к неоправданным запасам.

Молниеотвод считается двойным стерж­невым, когда расстояние между стержне­выми молниеприемниками L не превышает предельного значения L_max. В противном случае оба молниеотвода рассматриваются как одиночные.

Конфигурация вертикальных и горизон­тальных сечений стандартных зон зашиты двойного стержневого молниеотвода (высо­той h и расстоянием L между молниеотво­дами) представлена на рис. 9.22.

Рис. 9.22. Зона защиты двойного стержневого молниеотвода

Построе­ние внешних областей зон двойного мол­ниеотвода (полуконусов с габаритами , ) производится по формулам табл. 9.4 для одиночных стержневых молниеотводов.

Размеры внутренних областей опреде­ляются параметрами и первый из которых задает максимальную высоту зоны непосредственно у молниеотводов, а вто­рой — минимальную высоту зоны по сере­дине между молниеотводами. При расстоя­нии между молниеотводами граница зоны не имеет провеса ( ). Для расстояний высота определяется по выражению

Входящие в него предельные расстояния и вычисляются по эмпирическим формулам табл. 9.6, пригодным для молниеотводов высотой до 150 м.

максимальная полуширина зоны в горизонтальном сечении на высоте h_x:

длина горизонтального сечения на, высоте :

причем при , ;

ширина горизонтального сечения в центре между молниеотводами на высоте :

Таблица 9.6. Параметры зоны защиты двойного стержневого молниеотвода

Надежность защиты	Высота молниеотвода h, м	Высота конуса , м	Радиус конуса , м
0,9	0-30 30-100 100-150	5,75 h [5,75-3,57∙10-3(h-30)]h 5,5 h	2,5 h 2,5 h 2,5 h
0,99	0-30 30-100 100-150	4,75 h [4,75-3,57∙10-3(h-30)]h 4,5 h	2,25 h [2,25-0,0107(h-30)]h 1,5 h
0,999	0-30 30-100 100-150	4,25 h [4,25-3,57∙10-3(h-30)]h 4,0 h	2,25 h [2,25-0,0107∙10-3(h-30)]h 1,5 h

Молниеотвод считается двойным тросовым, когда расстояние между тросами L не превышает предельного значения . В противном случае оба молниеотвода рассматриваются как одиночные.

Конфигурация вертикальных и горизонтальных сечений стандартных зон защиты двойного тросового молниеотвода (высотой h и расстоянием между тросами L) пре

Размеры внутренних областей определяются максимальной высотой зоны непосредственно у тросов и минимальной высотой зоны посередине между тросами . При расстоянии между тросами граница зоны не имеет провеса ( ). Для высота определяется по выражению

---

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