2. Расчет высоты молниеотвода

Исходя из полученных данных, располагаем молниеотвод вдоль большей стороны защищаемого объекта на расстоянии S_min, как показано на рис. 5.

Рис. 5. Схема защищаемого объекта и молниеотвода A

Найдем необходимый радиус защиты r_x из уравнения:

(19)

Найденный радиус защиты должен обеспечиваться на высоте защищаемого объекта h_x. Зона защиты имеет форму шатра, которую можно описать уравнением:

, (20)

где h – высота молниеотвода, м;

p – поправочный коэффициент.

Для начала допускаем, что высота молниеотвода меньше 30 м, тогда p = 1.

Если в процессе расчета высота молниеотвода h получится равной больше 30 м, то значение поправочного коэффициента можно определить по формуле:

(21)

Из формулы (20) определяем h. Для этого проводим преобразования:

(22)

Далее приводим уравнение к каноническому виду и решаем относительно h.

Среди полученных корней уравнения выбираем больший. Если значение h превосходит 30 м, то вычисляем поправочный коэффициент p по формуле (21) и решаем уравнение (22) снова.

3. Построение зоны защиты

Пользуясь выражением (20), определяем радиусы защиты на нескольких высотах h_i, взятых в пределах от 0 до h:

На рис. 6 представлена схема построений. Для качественного изображения зоны защиты достаточно определить значения r_i для пяти значений h_i.

Рис. 6. Построение зоны защиты молниеотвода

4. Расчет перенапряжения от грозового импульса

В случае отсутствия молниеотвода объект может подвергаться грозовым перенапряжениям. Для расчета этих перенапряжений составим схему замещения линии (рис. 7).

Рис. 7. Схема замещения участка линии

В момент удара ток молнии разделится на две равные составляющие, которые распространяются в обе стороны по проводу, то есть образуются два волновых импульса. Импульс, распространяющийся по участку RT, дойдет до обмотки трансформатора и отразится.

Зная ток молнии I_М и волновое сопротивление канала молнии z₀, найдем удвоенное напряжение падающей волны. При этом будем считать, что молния ударяет в землю и точка R на схеме замещения соединена с точкой G:

, кВ (23)

Далее, используя схему замещения, запишем выражение для напряжения падающей волны в точке R:

, (24)

где – реальный ток молнии;

Определим коэффициент отражения в точке T:

(25)

Амплитуду импульса, отраженного в точке T, можно найти по формуле:

(26)

Найдем время, в течение которого импульс пройдет расстояние от точки R до точки T и снова вернется в точку R:

, (27)

где s₁ – расстояние от точки R до точки T, заданное по условию;

c = 3·10⁸ м/с – скорость света в вакууме, приближенно равна скорости света в проводе линии.

Если , то импульс, отраженный в точке T, «догонит» импульс, движущийся по участку RE. В этом случае для определения перенапряжения в линии следует сложить эти два импульса:

(28)

В обратном случае искомое перенапряжение на участке RE будет равно напряжению U_пад.

Требования к оформлению расчетно-графической работы

Работа должна включать расчетную часть с необходимыми пояснениями и контекстными иллюстрациями, а также графический лист формата A3 или A4, на котором должно быть выполнено построение картины электростатического поля в задании 1 (рис. 1) и зоны защиты молниеотвода в задании 3 (рис. 6).

Список литературы:

1. Техника высоких напряжений. Учебник для студентов электротехнических специальностей вузов. Под общей редакцией Д. В. Разевига.– М.: «Энергия» , 1976. – 448с., ил.

2. А. В. Михалков. Техника высоких напряжений в примерах и задачах. – М.: «Высшая школа», 1965. – 225 с.

16