Перенапряжения прямого удара молнии
Этот вид перенапряжений наиболее опасен для всех видов изоляции. При прямом ударе молнии в линию электропередачи на проводах создается высокое напряжение относительно земли, под действием которого в обе стороны от места удара вдоль линии распространяются электромагнитные волны. Прямой ток каждой волны проходит по проводам, а обратный — по земле, при кратковременных импульсах этот ток проходит на небольшой глубине.
 |
Дойдя до подстанции, набегающие с линии волны, создают напряжение на изоляции оборудования. Чтобы определить это напряжение, необходимо уметь рассчитывать деформацию волны при пробеге вдоль линии, ее преломление на элементах подстанции, как в узловой точке с иным сопротивлением. Для качественной и приближенной количественной оценки происходящих на подстанции процессов полезно проанализировать воздействие набегающих с линии волн на простейшие схемы, состоящие из активных сопротивлений, емкостей и индуктивностей.
При решении такой задачи необходимо установить форму импульса воздействующего напряжения и составить расчетную схему замещения. При ударе молнии в линию напряжение на проводах имеет форму апериодического импульса. В зависимости от характера решаемой задачи обычно применяют один из трех более простых расчетных импульсов — прямоугольный импульс (рис. 1.11, а), импульс с косоугольным фронтом, он может быть представлен как разность двух бесконечных косоугольных импульсов, сдвинутых относительно друг дуга на время ф (рис. 1.11, б), экспоненциальный импульс (рис. 1.11, в).
Когда период собственных колебаний соизмерим с длительностью фронта, но много меньше длительности импульса, то в качестве расчетного будет использоваться импульс с косоугольным фронтом; при этих условиях крутизна или амплитуда напряжения на выходе схемы зависят от длительности фронта и не зависят от длительности импульса, которая может быть принята бесконечно большой.
Расчетный экспоненциальный импульс применяется тогда, когда постоянная времени или период собственных колебаний схемы намного больше длительности фронта, но соизмерим с длительностью импульса, в этом случае длительность фронта практически не влияет на крутизну и амплитуду напряжения на выходе схемы, которые зависят от длительности импульса. Фронт импульса может быть принят прямоугольным, когда постоянная времени или период собственных колебаний намного меньше длительности фронта воздействующей волны.
Рассмотрим случай, когда прямой удар молнии попадает в опору линии. При наличии тросов ток молнии растекается по тросам и опоре (рис. 1.12).
 |
В связи с этим возникают волны напряжения. Длина пролета между соседними опорами lпр намного больше, чем высота опоры hоп, и при крутых длинах фронта тока молнии влиянием заземления тросов можно пренебречь. Весь волновой процесс будет происходить между узловой точкой А (точкой попадания прямого удара молнии) и сопротивлением заземления троса R3 После преломления в узловой точке волна направится по опоре к сопротивлению заземления; отразится с обратным знаком и вернется к точке А, в которой произойдет новое отражение. Таким образом, вдоль опоры будут совершать движения преломленные и отраженные волны. Все волны, отраженные от сопротивления заземления, будут накладываться на напряжение падающей волны. При необходимости можно рассчитать и построить изменение напряжения в точке А, а затем и на изоляции. Такие расчеты позволяют определить защитный уровень линии и приблизительно рассчитать удельное число отключений линий.
Прямой удар молнии в объект способен вызвать его разнообразные повреждения.