Главная   >>   Электромагнитная совместимость в электроэнергетике

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ

5.2.4. 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 Im =100 кА, длительность фронта импульса tфр =10 мкс; при расчетах наведенных напряжений на ка­белях - Im =25 кА, tфр=0,25 мкс.

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

где  I - амплитуда тока, l - длина антенны, ω - круговая частота изменения тока, ε0 -  электрическая постоянная, с - скорость света. Для тока молнии эквивалентную частоту можно определить как

где   -  время нарастания тока молнии.

Положим, что l = 100 м, а параметры импульса тока молнии соот­ветствуют нормативам МЭК. Тогда для импульса тока положительной молнии (100 кА, 10/350 мкс) имеем мощность P=2.8107 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 l и  длины электромагнитной волны λ этот ток замыка­ется по разным путям. При λ > I ток в экране замыкается через за­земления на концах экрана и грунт, а при λ < I - непосредственно в caмом экране. Удар молнии генерирует наводки с частотой ~1 МГц, что соответствует длине волны λ ≈ 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 l - протяженность системы; Zt=(R3+jωLt)/l - погонное передаточное со­противление,  - активное сопротивление экрана; Lt=M13-L3 - передаточная индуктивность; L3 индуктивность экрана, M13 - взаимная индуктивность меж­ду экраном и жилой, rg - сопротивление пути протекания тока в земле; Lg - 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.

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».