Импульсные помехи при ударах молнии

При ударе молнии в объект возможны следующие воздействия тока молнии:

- полевые наводки на контрольных кабелях и воздействие им­пульсных магнитных полей на оборудование;

-термическое воздействие тока молнии на заземляющие провод­ники, оболочки и экраны кабелей;

- обратные перекрытия с земли на кабели.

Определение уровней полевых помех, наводимых в кабелях, выполняют расчетным путем.

Параметры тока молнии для расчета выбираются в соответ­ствии с рекомендациями МЭК 1312-1:

При расчетах распределения потенциала принимают макси­мальное значение импульса тока =100 кА, длительность фронта импульса =10 мкс; при расчетах наведенных напряжений на ка­белях - =25 кА, =0,25 мкс.

Полевые наводки можно предварительно оценить по мощнос­ти излучения источника наводки. Используем выражение для мощности излучения дипольных антенн

,

где - амплитуда тока, - длина антенны, - круговая частота изменения тока, - электрическая постоянная, с - скорость света.

Для тока молнии эквивалентную частоту можно определить как

,

где - время нарастания тока молнии.

Положим, что = 100 м, а параметры импульса тока молнии соот­ветствуют нормативам МЭК. Тогда для импульса тока положительной молнии (100 кА, 10/350 мкс) имеем мощность = 2.8 10⁷ Вт, а для последующего импульса (25 кА, 0,25/100 мкс) Р = 10¹⁰ Вт. При расчете полевых наводок импульс тока положительной молнии можно не рассматривать.

Для открытых распределительных устройств определяют на­пряжения, наводимые в кабелях вторичной коммутации при уда­рах молнии в молниеотводы, расположенные вблизи трасс про­кладки кабелей. Для зданий и сооружений определяют напряже­ния, наводимые в кабелях при протекании тока молнии по токоотводам молниеприемника здания.

При расчетах необходимо учитывать коэффициент экраниро­вания электромагнитного поля молнии, так как обычно использу­ются экранированные кабели, проложенные в кабельных каналах или коробах.

Принцип действия экрана состоит в том, что электромагнитное поле индуцирует в экране ток, магнитное поле которого компен­сирует воздействующее поле. В зависимости от соотношения дли­ны кабеля и длины электромагнитной волны этот ток замыка­ется по разным путям. При > I ток в экране замыкается через за­земления на концах экрана и грунт, а при < I - непосредственно в caмом экране. Удар молнии генерирует наводки с частотой ~1 МГц, что соответствует длине волны 300 м. Протяженности большинства кабельных линий вторичных цепей не превышают этой величины, то есть ток в экране замыкается через заземляющие экран проводники и грунт. Методика расчета коэффициентов экранирования этого случая состоит в следующем. Коэффи­циент экранирования k 1 для линии с заземленным с обеих сто­рон экраном определяется из общего выражения

где - протяженность системы; - погонное передаточное со­противление, - активное сопротивление экрана; - передаточная индуктивность; индуктивность экрана, - взаимная индуктивность меж­ду экраном и жилой, r_g - сопротивление пути протекания тока в земле; L_g - собственная индуктивность заземляющих проводников экрана.

На рис. 5.5. приведены зависимости коэффициентов экрани­рования кабельного экрана из меди, стального короба и кабельного канала со стальной арматурой от частоты внешнего поля. В рас­четах использованы следующие параметры. Для экранированного кабеля R = 10 мм, d = 5 мм, = 0,1 мм, удельная проводимость меди = 60·10⁶ Ом · м. Для стального короба b = 0,5 м, = 1 мм, удельная проводимость стали =10·10⁶ Ом ·м, = 200·10^-6 Гн/м. Для кабельного канала b = 5 м, = 8 мм, h = 200 мм, удельная про­водимость стали = 10·10⁶ Ом·м, = 200 – 10-6 Гн/м.

При наличии нескольких совместно действующих экранов пе­ремножение коэффициентов даст оценку сверху общего коэффи­циента экранирования. Приведенные на рис. 5.6 зависимости могут быть использованы при расчетах электромагнитных помех в кабелях, если невозможно экспериментально определить коэффи­циент экранирования непосредственно на объекте.

Для определения возможного обратного перекрытия с земли на кабели проводят измерения распределения потенциалов по земле при ударе молнии в молниеприемник с помощью измерительного комплекса ИК-1. Осуществляют имитацию удара молнии в мол­ниеприемник. На ОРУ генератор импульсов тока подключают между заземлением молниеприемника и заземленным штырем на расстоянии не менее 50 м от молниеприемника. Измеряют потен­циалы на земле вблизи кабельных каналов и лотков относительно точки, удаленной на расстояние не менее 50 м. Для зданий и со­оружений генератор подключают к молниеприемнику (стержень или сетка) наверху здания и к земле на расстоянии не менее 20 м от здания.

Рис. 5.5. Расчетные коэффициенты экранирования:

1 - экранированный кабель, 2 - стальной короб, 3 - кабельный канал

Осуществляют имитацию удара молнии в молниеприемник, и измеряют потенциалы в здании. Полученные результаты пересчитывают на реальный ток молнии. При анализе проектных решений проводят расчеты по программе «ОРУ-М».