Атмосферные перенапряжения
Электрический разряд в виде молнии до сих пор не может быть получен искусственно в лаборатории и используется в практике лишь в малом подобии.
Средние по грозовой деятельности районы дают 15¸20 ударов молнии на 100 км ЛЭП в год.
Молния представляет собой разновидность искрового разряда при очень больших (до 5¸7 км) межэлектродных расстояниях, фоторазвертка молнии показывает, что процесс состоит из ряда единичных разрядов, происходящих примерно по одному каналу.
Развитие разряда происходит в три стадии:
1. Проход лидера первичного разряда со скоростью м/сек.
2. Повторный проход лидеров разрядов со скоростью м/сек.
3. Проход обратного разряда по образовавшемуся каналу со скоростью м/сек.
Канал молнии располагается по силовой линии электрического поля между местами концентрации зарядов на облаке и земле. Значительное влияние на путь канала оказывает проводимость грунта, наибольшее число ударов молнии приходится на места с большой проводимостью (влага, металлические руды и т.д.).
|
|
Статистика ударов молнии показывает:
1. В 70¸90% случаев полярность молнии отрицательна.
2. Амплитуда тока молнии зависит от сопротивления грунта, обычно находится в пределах 10¸120 кА, наибольшее зарегистрированное значение 400 кА.
Вероятность появления тока молнии данной амплитуды:
.
3. Так как длительность фронта импульса тока молнии примерно постоянна (1,5¸2,0 мкс), то крутизна тока молнии также описывается вероятностной кривой
Крутизна характеризует скорость нарастания тока на фронте волны и определяет величину индуктированных перенапряжений. Обычно крутизна находится в пределах 5¸50 . Предельная крутизна зарегистрирована 100 кА/мкс.
4. Форма тока молнии – последовательный ряд изменяющихся по амплитуде импульсов с крутым фронтом и более пологим хвостом, что связано с рядом последовательных разрядов в канале с различных скоплений зарядов в облаке.
Поскольку первый разряд имеет наибольшую амплитуду и крутизну, то при расчете разряд аппроксимируют единичным с линейным фронтом
и экспоненциальным хвостом
.
а) | б) |
Рис. 1 |
Для токов принимают ; принимают .
Волновое сопротивление канала молнии Z=300 ом.
Параметры импульса, которым испытывается высоковольтное оборудование, примерно соответствует реальному атмосферному разряду
,
.
5. Интенсивность грозовой деятельности различна для различных районов. Она повышается от севера к югу и характеризуется числом грозовых дней в году (от 5 до 50), по данным метеостанций. В районах с 20 грозовыми днями на 1 приходится в среднем 1¸3 разряда в год. Принимая среднюю продолжительность грозы 1,5 часа, можно оценить число грозовых часов в год
|
|
.
6. Воздействие тока молнии.
При ударе молнии обычно наблюдаются механические воздействия, приводящие к разрушению опор, изоляторов, построек. Они определяются силами взаимодействия по закону Кулона
.
Тепловые воздействия, которые приводят к нарушению изоляционной поверхности. Вследствие малой продолжительности разрядов они обычно невелики.
Наиболее опасны и для человека, и для конструкций и аппаратуры электромагнитные воздействия, которые могут распространяться далеко от места прямого удара молнии.