Расчет для проектирования параметров токов молнии

 

 

 

Классификация воздействий токов молнии по уровням молниезащиты

    Для каждого уровня молниезащиты должно определятся предельно допустимые параметры тока молнии. Данные, приведенные в статье, относятся к нисходящим и восходящим молниям.

    Соотношение полярности разрядов молнии зависит от географического местоположения. В отсутствие местных данных принимают это соотношение равным 10 % для разрядов с положительным током и 90 % для разряда с отрицательным токам.

    Механические и термические действия молнии обусловлены пиковым значением тока I, полным зарядом Qполн, зарядом в импульсе Qимп и удельной энергией W/R. Наибольшие значения данных параметров наблюдают при положительных разрядах.

    Повреждения, вызванные индуцированными перенапряжениями, обусловлены крутизной фронта по площади тока молнии. Крутизна оценивается в пределах 30 %-ного и 90 %-ного уровней от самого большого значения тока. Наибольшее значение этого параметра наблюдается в последующих импульсах отрицательного разряда.

 

Параметры токов молнии, предлагаемые для нормирования средств защиты от прямых ударов молнии

    Значения расчетных параметров для принятых уровней защищенности (при соотношении 10 % к 90 % между долями положительных и отрицательных разрядов молнии) приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Параметр молнии

 

Уровень защиты

I

II

III, IV

Пиковое значение тока I, кА

200

150

100

Полный заряд Qполн, Кл

300

225

150

Заряд в импульсе Qимп, Кл

100

75

50

Удельная энергия W/R, кДж/Ом

10000

5600

2500

Средняя крутизна di/dt30/90%, кА/мкс

200

150

100

 

Плотность ударов молнии в землю

    Плотность ударов молнии в землю, выраженная через число поражений 1 км2 земной поверхности за год, определяется по данным метеорологических наблюдений в месте размещения объекта.

    Если плотность ударов молнии в землю Ng неизвестна, то можно рассчитать по следующей формуле, 1/(км2 год):

Ng = 6,7 * Тd/100,  

где Тd – средняя продолжительность гроз в часах, определенная по региональным картам интенсивности грозовой деятельности.

Параметры токов молнии, предлагаемые для нормирования средств защиты от электромагнитных воздействий молнии

    Кроме механических и термических воздействий ток молнии создает мощные импульсы электромагнитных излучений, которые могут быть причиной повреждения систем, включающих оборудование связи, управления, автоматики, вычислительные и информационные устройства и т. п. Эти сложные и дорогостоящие системы используются во многих отраслях производства и бизнеса. Их повреждение в результате удара молнии крайне нежелательно по соображениям безопасности, а также по экономическим соображениям.

    Удар молнии может содержать либо единственный импульс тока, либо состоять из последовательности импульсов, разделенных промежутками времени, за которые протекает слабый сопровождающий ток. Параметры импульса тока первого компонента существенно отличаются от характеристик импульсов последующих компонентов. Ниже приводятся данные, характеризующие расчетные параметры импульсов тока первого и последующих импульсов (таблицах 2 и 3), а также длительного тока (таблицах 4) в паузах между импульсами для обычных объектов при различных уровнях защиты.

Таблица 2. Параметры первого импульса тока молнии

Параметр тока

Уровень защиты

I

II

III, IV

Максимум тока I, кА

200

150

100

Длительность фронта T1, мкс

10

10

10

Время полуспада Т2, мкс

350

350

350

Заряд в импульсе Qсум*, Кл

100

75

50

Удельная энергия в импульсе W/R**, МДж/Ом

10

5,6

2,5

* Поскольку значительная часть общего заряда Qсум приходится на первый импульс, полагается, что общий заряд всех коротких импульсов равен приведенной величине.

** Поскольку значительная часть общей удельной энергии W/R приходится на первый импульс, полагается, что общий заряд всех коротких импульсов равен приведенной величине.

 

Таблица 3. Параметры последующего импульса тока молнии

Параметр тока

Уровень защиты

I

II

III, IV

Максимум тока I, кА

50

37,5

25

Длительность фронта T1, мкс

0,25

0,25

0,25

Время полуспада Т2, мкс

100

100

100

Средняя крутизна а, кА/мкс

200

150

100

 

Таблица 4. Параметры длительного тока молнии в промежутке между импульсами

Параметр тока

Уровень защиты

I

II

III, IV

Заряд Qдл*, Кл

200

150

100

Длительность Т, с

0,5

0,5

0,5

* Qдл – заряд, обусловленный длительным протеканием тока в период между двумя импульсами тока молнии.

 

Средний ток приблизительно равен Qдл/Т.

Форма импульсов тока определяется следующим выражением:

i(t) = [I(t/r1)10  * exp (-t/r2)] / h [1 + (t/r1)10],  

где I – максимум тока;

h – коэффициент, корректирующий значение максимума тока;

t – время;

r1 – постоянная времени для фронта;

r2 – постоянная времени для спада.

Значения параметров, входящих в формулу, описывающую изменение тока молнии во времени, приведены в таблице 5.

Таблица 5. Значения параметров для расчета формы импульса тока молнии

Параметр

Первый импульс

Последующий импульс

Уровень защиты

Уровень защиты

I

II

III, IV

I

II

III, IV

I,кА

200

150

100

50

37,5

25

h

0,93

0,93

0,93

0,993

0,993

0,993

r1,мкс

19,0

19,0

19,0

0,454

0,454

0,454

R2,мкс

485

485

485

143

143

143

 

   Длительный импульс может быть принят прямоугольным со средним током I и длительностью Т, соответствующими данным таблице 4.

 

 

 

Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments