Физика разряда молнии

Молния — разновидность газового разряда при очень большой длине искры. Общая длина канала молнии добивается нескольких км, при этом значимая часть этого канала находится снутри грозового облака.

Для появления грозы нужны, во-1-х сильные восходящие потоки воздуха и, во-2-х, требуемая влажность воздуха в границах грозовой зоны.

Восходящие потоки воздуха появляются вследствие нагрева прилегающих к поверхности земли слоев воздуха и термически обусловленного термообмена этих слоев с охлажденным воздухом на большой высоте.

В облаке появляется несколько изолированных друг от друга скоплений зарядов (в нижней части облака накапливаются в большей степени заряды отрицательной полярности), молния бывает обычно неоднократной, т.е. состоит из нескольких единичных разрядов, развивающихся по одному и тому же пути.

Четкий механизм разделения зарядов в грозовом облаке все еще остается почти во всем неясным. Но наблюдения демонстрируют, что разделение зарядов совпадает с замерзанием капель воды в облаке.

Допустимое число отключений воздушных линий электропередачи в итоге ударов молнии

Технико-экономический анализ указывает, что выполнить воздушные полосы электропередачи полностью грозозащищенной нельзя. Приходится сознательно идти на то, что воздушные полосы электропередачи какое-то ограниченное число раз в год будет отключаться. В задачку грозозащиты линий электропередачи заходит понижение до минимума числа грозовых отключений.

Допустимое число отключений воздушной полосы электропередачи в годNдоп.откл. определяется из критерий:

а) надежного электроснабжения потребителей,

б) надежной работы выключателей, коммутирующих воздушных линий электропередачи и рассчитывается по формуле:

где Nдоп- число допустимых перерывов в электроснабжении по полосы в год Nдоп ≤ 0,1 при отсутствии резервирования и Nдоп ≤ 1 при наличии резервирования), β — коэффициент удачливости АПВ, равный 0,8-0,9 для линий 110 кВ и выше на железных и железобетонных опорах.

Автоматическое повторное включение (АПВ) может удержать линию в работе, потому что случаи повреждения изоляции на опорах дугой довольно редки. В данном случае грозовое поражение не будет сопровождаться перерывом в электроснабжении. При неуспешном АПВ произойдет полное отключение полосы электропередачи.

Необходимо подчеркнуть, что нередкое применение АПВ осложняет эксплуатацию выключателей, требующих в данном случае внеочередной ревизии. Исходя из этого, допускается иметь Nдоп.откл = 1 — 4 зависимо от типа выключателей. Для особо принципиальных линий это число отключений должно быть уменьшено.

Ожидаемое число грозовых отключений воздушной полосы электропередачи

Ожидаемое число грозовых отключений полосы сначала определяется интенсивностью грозовой деятельности в районе прохождения трассы полосы. Ориентируясь на средние числа, принято считать, что на 1 км земной поверхности за один грозовой час приходится 0,067 удара молнии. С учетом того, что линия собирает на себя все удары с полосы шириной 6h (h- средняя высота подвеса провода либо троса), число N поражений молнией полосы длиной l за год равно

N=0,067× n ×6h× l ×10^-3 ,

где n — число грозовых часов в году.

Число перекрытий изоляции воздушных линий электропередачи определяется по формуле

Nпер = N х Pпер,

где Pпер — возможность перекрытия изоляции полосы при данном токе молнии.

Не всякое импульсное перекрытие изоляции сопровождается отключением полосы, потому что для отключения нужен переход импульсной дуги в силовую. Возможность перехода находится в зависимости от многих причин, и в инженерных расчетах ее принято определять через градиент рабочего напряжения повдоль пути перекрытия Eср = Uраб / Lпер, кВ/м.

Для линий на древесных опорах с длинноватыми воздушными промежутками возможность перехода в импульсную дугу h определяется по формуле

Для линий на железных и железобетонных опорах h = 0,7 при напряжении полосы до 220 кВ и h=1,0 для номинальных напряжений 330 кВ и выше.

Умножая Nпер на коэффициент η, можно подсчитать ожидаемое число грозовых отключений полосы в год

В инженерной практике обычно употребляется удельное число отключений полосы nоткл, т. е. число отключений полосы длиной 100 км, проходящей в районе с числом грозовых часов в году — 30:

Для уменьшения числа грозовых отключений полосы можно:

• уменьшить возможность перекрытия изоляции при ударах молнии, что обычно достигается на воздушных линиях электропередачи с металлическими опорами подвеской тросовых молниеотводов и обеспечением малого импульсного сопротивления заземления опор и тросов,

• удлинять путь перекрытия с малым градиентом рабочего напряжения, что понижает коэффициент h перехода импульсной дуги в силовую. Последнее реализуется на воздушных линиях электропередачи с древесными опорами.

Воздействие выполнения грозозащиты

Воздушные полосы электропередачи на железных (железобетонных) опорах без грозозащитного троса.

При поражении провода в месте удара врубается сопротивление, равное половине волнового сопротивления провода Z .