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

Таблица 1.6. Характеристики воздействия молнии на объекты

Воздействие	Параметр молнии
	Максимальный ток кА	Крутизна ток кА/мкс	Заряд А∙с	Удельная энергия МДж/Ом
Схема воздействия
Эффект воздействия в точке удара	Повышение потенциала относительно удаленной земли	Индуцирование напряжения в петлях	Плавление металла в точках удара	Нагрев проводников, по которым протекает ток молнии
Примеры	кА; Ом; мВ	кА/мкс м м; В (216 кВ)	При Клплавятся алюми­ниевые стенки толщиной до 5 мм	При МДж/Ом плавятся медные провода сечением 10 мм2 и стальные сечением 25 мм2

При определении типа и мест размеще­ния молниеприемников (стержневой, тросовый или сетка на здании), а также токоотводов и заземления молниеприемника необходимо рассчитывать не только зоны защиты от прямого удара молнии, но и уровни воздействий на автоматические и автоматизированные системы технологического управления электротехническими объектами.

Рассмотрим ситуацию при ударе мол­нии в стержневой молниеприемник, распо­ложенный вблизи кабельного канала.

Сопротивление растеканию импульса тока молнии (первый импульс 100 кА, 10/350 мкc) может составлять от единиц до десятков ом в зависимости от удельного сопротивления грунта. При этом потен­циал молниеприемника при ударе мол­нии составит от сотен киловольт до несколь­ких мегавольт. Средняя напряженность про­боя в грунте обычно принимается кВ/м.

Исходя из этих данных минимально допустимое расстояние от молниеприем­ника или от его заземляющего устройства до кабельного канала по условию пробоя в грунте составит:

м.

При ударе молнии в молниеприемники, расположенные ближе указанных расстоя­ний до кабельных каналов, с большой вероятностью произойдет перекрытие с заземляющего устройства молниеотвода на кабели.

Минимальное расстояние от токоотводов молниеприемника до места размеще­ния автоматических и автоматизированных систем технологического управления элек­тротехническими объектами определяется также из условия

,

где - ток;- допустимая напряженность импульсного магнитного поля для рассматриваемых систем.

Учитывая, что автоматические и авто­матизированные системы технологичес­кого управления электротехническими объ­ектами установлены в железобетонных зда­ниях и в металлических шкафах, вводят коэффициент ослабления магнитного поля, обусловленного этими конструкциями. Для импульсных полей тока молнии указанный коэффициент для зданий и шкафов, в кото­рых размещаются автоматические и авто­матизированные системы технологического управления электротехническими объек­тами, как правило, более 10.

Расчет наведенных в кабелях импульс­ных напряжений обычно производят с использованием специальных программ. Наведенные напряжения зависят от длины, типа и трассы прокладки кабелей, а также от расстояния между молниеприемником и кабельным каналом. Так, например, на неэкранированном кабеле длиной 100 м, лежащем на поверхности земли на расстоя­нии 10 м от молниеприемника, индуциру­ется напряжение около 60 кВ при ударе молнии (при втором импульсе тока 25 кА, длительности фронта 0,25 мкс).

Пробивное напряжение для воздуха в условиях неравномерного импульсного поля кВ/м. Максимальный потенциал на молниеприемнике , где- импульсное сопротивление заземлителя, а- падение напряжения намолниеотводе. Тогда допустимое расстоя­ние от первичных цепей до молниеприем­ника можно оценить по формуле .