- •Типовые схемы сетей электроснабжения и размещение в них защитных устройств
- •5.1. Схемы сетей электроснабжения и электрические воздействия на них
- •5.2. Схемы защит сетей от перенапряжений
- •5.3. Элементы для уравнивания потенциалов и ограничения перенапряжений
- •Обеспечение электромагнитной совместимости на объектах электроэнергетики
- •6.1. Общие вопросы обеспечения эмс
- •6.2. Нормированная
- •Электромагнитная обстановка
- •В зданиях и сооружениях
- •И ее обеспечение
- •6.3. Размещение приборов и координация параметров защитных устройств
- •6.25. Зависимости выделяемой в варисторах энергия w от тока импульса I
- •6.4. Особенности использования варисторов для ограничения перенапряжений
- •6.5 Обеспечение электромагнитной совместимости внутри зон
- •9.1. Общая характеристика грозовой деятельности
- •9.2. Накопление зарядов в грозовом облаке
- •9.3. Возникновение и развитие молнии
- •9.4. Виды молний и параметры тока
- •9.5. Защита от прямых ударов молнии
- •9 Рекомендаци международной электротехнической комиссии (мэк) по молниезащите зданий и сооружений
- •9.7. Исследование физики молнии и молниезащиты с помощью искусственных заряженных аэрозольных облаков
- •Глава десятая практические способы снижения помех на электрических станциях и подстанциях
- •10.1. Общие положения
- •10.2. Основные принципы выполнения заземления и прокладки кабелей
- •10.3. Рекомендации по выполнению заземлений на подстанциях высокого напряжения
- •10.4. Рекомендации по выполнению заземлений на электростанциях
- •10.5. Особенности эмс на подстанциях высокого напряжения
- •10.6. Природа возникновения и уровни помех на электростанциях
- •10.7. Некоторые особенности проектирования заземляющих систем комплектных круэ
- •Pиc. 10.34. Схема для расчета перенапряжений на корпусе, обусловленных вводом кабеля в круэ
- •10.8. Ограничения коммутационных электромагнитных помех в цепях управления с индуктивными элементами
- •10.8.1. Физические процессы при коммутациях в индуктивных цепях
- •10.8.2. Критерии оценки схем защиты от помех
- •10.8.3. Схемы защиты от помех для устройств постоянного тока
- •10.8.4. Схемы защиты от помех для устройств переменного тока
- •10.8.5. Схемы защиты от помех для трехфазных установок
- •10.8.6. Схемы защиты от помех для люминесцентных ламп
- •Глава первая источники электромагнитных воздействий
- •1.1. Общие положения
- •1.2. Переходные процессы при ударах молнии
- •1.2.1. Электромагнитное поле тока молнии при ударе в землю
- •1.2.2. Прямые удары молнии в линии электропередачи и в другие элементы электроустановок
- •1.2.3. Воздействие электромагнитного поля молнии на линии электропередачи или сооружения
- •1.2.4. Стандартизированные параметры тока молнии
- •1.3. Коммутационные процессы в цепях высокого напряжения
- •1.4. Электрические и магнитные поля промышленной частоты, создаваемые силовым оборудованием станций и подстанций
- •1.5. Радиочастотные поля
- •1.6. Электромагнитный импульс ядерного взрыва
- •1.7. Разряды статического электричества
- •1.8. Электромагнитные помехи, вызванные магнитным полем земли
- •Глава вторая каналы передачи электромагнитных помех и способы их ослабления
- •2.1. Моделирование механизмов связи
- •2.2. Упрощенные модели передачи электромагнитных помех и методы их снижения
- •() Электромагнитного взаимодействия с элементами связии
- •2.3. Связь через общее полное сопротивление
9.3. Возникновение и развитие молнии
Как отмечалось, большинство ударов молнии (80—90 %) развиваются из отрицательно заряженных областей грозового облака и переносят на землю отрицательный заряд.
По мере концентрации отрицательных зарядов в облаке увеличивается напряженность электрического поля, и когда она достигает критического значения, зависящего от высоты над землей, становится возможной ионизация воздуха, и в сторону земли начинает развиваться разряд. На начальной стадии, называемой лидерной, канал разряда развивается ступенчато Ступени следуют друг за другом с интервалами 30—50 мкс. Во время каждой ступени канал удлиняется на 5—100 м. Новая часть разрядного канала светится очень ярко, в то время как старая вспыхивает сравнительно тускло (рис 9.5). Лидерный процесс развивается со средней скоростью (1—2)105 м/с и продолжается (в видимой с земли части) 10—30 мс.
Канал лидера окружен обширной зоной ионизации, имеющей избыточный заряд того же знака, что и облако. Радиус зоны ионизации можно оценить по формуле
где — напряженность поля на границе зоны ионизации (меньше критической напряженности, может быть принята равной 10—15 кВ/см); — линейная плотность заряда (зависит от лидерного токаи средней развития лидераможет быть оценена как).
Рис. 9.5. Схема развития нисходящей молнии:
1 — ступенчатый лидер; 2 - стреловидный лидер, 3 - главный разряд; 4 — ветвь
Ток в лидерной стадии молнии имеет порядок десятков и сотен ампер. Варьируя ток, получаем значения радиуса зоны ионизации м.
Заряды облака и лидера индуцируют на поверхности земли и на расположенных на ней объектах заряды другого знака. По мере приближения лидера к земле индуцированный заряд и напряженность электрического поля на вершинах возвышающихся над поверхностью земли объектов вырастают, и с них могут начать развиваться встречные лидеры.
Когда канал развивающегося от облака лидера приближается к земле или к одному из встречных лидеров на расстояние 25 - 100 м, то между ними возникает высокая напряженность электрического поля, среднее значение которой оценивается в 10 кВ/см. Промежуток между лидерами пробивается за несколько микросекунд, и в нем выделяется энергия 0,5 - 5 МДж, которая расходуется на нагрев и термоионизацию. Проводимость этой части канала разряда резко возрастает. Область высокой напряженности поля, образовавшаяся на границе контактирующего с землей хорошо проводящего канала и зоны ионизации лидера, перемещается по направлению к облаку со скоростью 1,5∙107 — 1,5∙108 м/с (0,05—0,5 скорости света). При этом происходит нейтрализация зарядов лидера. Ток в канале за 5 – 10 мкс достигает многих десятков кило-ампер, а затем за 25 —200 мкс понижается до половины максимального значения. Процесс этот, называемый главным разрядом, сопровождается сильным свечением канала разряда и электромагнитным излучением. Канал разряда, разогретый за очень короткое время до температуры 20000—30000 К, быстро расширяется, что вызывает распространение в окружающем воздухе ударной волны, вырождающейся в звуковую и воспринимаемой как гром.
В завершающей (финальной) стадии молнии по каналу в течение десятков миллисекунд проходит ток порядка десятков и сотен ампер. В это время нейтрализуются заряды облака.
В грозовом облаке во многих случаях образуется не одна область концентрации зарядов, а несколько. Располагаются они, как показывает анализ изменения электрического поля во время удара молнии, в основном на разной высоте. Поэтому развитие разряда из нижней заряженной области по другим направлениям, кроме земли, затруднено. Только после нейтрализации заряда нижней области становится возможным разряд из следующей по высоте концентрации зарядов (рис. 9.6).
Лидер повторного разряда развивается по ионизированному пути, проложенному первым разрядом, поэтому скорость его выше и имеет порядок 106 м/с. Развивается он непрерывно, без ступеней. Ярко светится только его головка, прочерчивая на фоторазвертке во времени непрерывную линию (см. рис. 9.5). Особенности развития лидера повторных разрядов дали основание называть его стреловидным.
По достижению стреловидным лидером наземного объекта или встречного лидера происходит повторный главный разряд, сопровождающийся прохождением по каналу большого тока и ярким его свечением.
Рис. 9.6. Схема развития двухкомпонентной молнии
В большинстве случаев молния состоит из двух-трех отдельных разрядов (компонентов), однако наблюдаются молнии и с большим числом компонентов (до 20—30). На рис. 9,7 показаны вероятности возникновения молний с разным числом компонентов. Многокомпонентная молния может длиться до 1,3 с (самое большое зарегистрированное время). Чаще же всего длительность молнии не превышает 0,1 с. Следующие друг за другом яркие вспышки канала при повторных импульсах тока воспринимаются наблюдателем как мерцание молнии.
Рис. 9.7. Распределение числа компонентов в ударе молнии
Рис. 9.8. Схема развития восходящей молнии (обозначении см. на рис. 9.5)
Если высота объекта составляет сотни метров, то напряженность электрического поля на его вершине может достигнуть критического значения раньше, чем напряженность поля в облаке, В таких случаях развитие молнии начинается не с облака, а с вершины объекта. Большинство разрядов, поражающих Останкинскую телебашню, начинается развитием лидера с ее вершины (540 м над поверхностью земли).
Такие молнии не имеют резко выраженной главной стадии. Лидеры повторных разрядов в этих случаях всегда развиваются от облака к земле, и повторные компоненты не отличаются от нисходящих от облака молний (рис. 9.8).