Оценка поражаемости разрядами молнии сосредоточенных наземных сооружений
Ключевые слова:
молния, молниезащита, сосредоточенные наземные сооружения, процесс ориентировки, методы расчета, лабораторные и натурные исследования
Аннотация
В статье приведены результаты анализа существующих методов расчета поражаемости разрядами молнии сосредоточенных наземных сооружений. Показано, что рекомендованные в нормативных документах МЭК 62305 формализованные и лишенные физической сущности методы расчета по защитному углу и катящейся сферы приводят к результатам, противоречащим данным натурных наблюдений и не могут служить надежной основой для решения практических задач молниезащиты. В указанных документах высота молниеотвода ограничена 60 м, что не позволяет оценивать поражаемость сверхвысоких объектов. Альтернативой является вероятностный метод расчета, базирующийся на физике разряда в атмосферном воздухе, статистическом характере процесса ориентировки молнии на систему сооружений и выборе элемента внутри системы. Этот метод нашел практическое применение в отечественных нормативных актах. Для количественной оценки результатов лабораторных исследований рассмотрена расчетная схема для момента ориентировки головки нисходящего лидера на заземленный сосредоточенный объект. Показано, что при испытаниях импульсными напряжениями с длительностью фронта в несколько мс результаты испытаний могут служить хорошей основой для их переноса на природную молнию. Предложен упрощенный метод оценки поражаемости разрядами нисходящей и восходящей молниями сосредоточенных наземных сооружений, результаты расчетов по которому хорошо согласуются с опытными данными.
Литература
1. Акопян А.А. Исследование защитного действия молниеотводов на моделях. – Электричество, 1937, № 9-10, с. 20–25.
2. Акопян А.А. Защитное действие двойного и многократного стержневых молниеотводов. – Электричество, 1938, № 1, с. 22–29.
3. Акопян А.А. Исследование на модели защитного действия тросовых или антенных молниеотводов. – Электрические станции, 1938, № 6, с. 15–23.
4. Акопян А.А. Защитное действие двойного стержневого молниеотвода. – Электрические станции, 1938, № 8-9, с. 33–34.
5. Акопян А.А. Исследование защитного действия молниеотводов. – Труды ВЭИ, 1940, вып. 36, с. 94–58.
6. Базелян Э.М., Горин Б.Н., Левитов В.И. Физические и инженерные основы молниезащиты. Л.: Гидрометеоиздат, 1978, 223 с.
7. He J., Wang X., Zeng R. Evaluation of Leader Progression Model and EGM for Analysing Lightning Performance of Transmission Line. – CIGRE, 2014, rep. C4-201.
8. Фотин В.П. и др. Генераторы грозовых и коммутационных импульсов напряжения наружной установки. – Электротехника, 1983, № 8, с. 60–63.
9. Golde R.H. The Lightning Conductor. – Journal of the Franklin Institute, 1967, vol. 283, No. 6, pp. 451–477, DOI: 10.1016/0016-0032(67)90597-2.
10. Linck H., Sargent M. Lightning Performance of Modern Transmission Lines. – CIGRE Paris, 1974, Secc. No. 33/09, pp. 11–15.
11. Darveniza M., Popolansky P., Whitehead E.R. Lightning Protection of UHV Transmission Lines. – Electra, 1975, No. 41, pp. 39–69.
12. РД 34.21.122-87. Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений. М.: Энергоатомиздат, 1989.
13. СО 153-343.21.122-2003. Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций. М.: Изд-во МЭИ, 2004, 57 с.
14. IEC 62305-1:2010. Protection Against Lightning – Part 1: General Principles.
15. IEC 62305-2:2010. Protection Against Lightning – Part 2. Risk Management.
16. IEC 62305-3:2010. Protection Against Lightning – Part 3 Physical Damage to Structures and Life Hazard.
17. Eriksson A.J. Lightning and Tall Structures. – Transactions of the South African Institute of Electrical Engineers, 1978, vol. 69, No. 8, pp. 238–252.
18. Eriksson A.J. Reply to Discussion on Paper “Lightning and Tall Structures”. – Transactions of the South African Institute of Electrical Engineers, 1979, vol. 70, No. 5.
19. Anderson R.B., Eriksson A.J. Lightning Parameters for Engineering Applications. – Electra, 1980, No. 69, pp. 65–102.
20. Александров Г.Н. и др. К вопросу об оценке защитного действия молниеотводов. – Известия АН СССР. Энергетика и транспорт, 1970, № 3, с. 48–54.
21. Волкова О.В., Корявин А.Р. Поражаемость искровым разрядом стержня на плоскости. – Электричество, 1991, № 5, с. 52–55.
22. Корявин А.Р. Электрическая прочность внешней изоляции. М.: Изд-во МЭИ, 2018, 224 с.
23. РД 153-34.3-35.125-99. Руководство по защите электрических сетей 6–1150 кВ от грозовых и внутренних перенапряжений. СПб.: ПЭИПК Минтопэнерго РФ, 1999, 353 с.
24. Горин Б.Н., Левитов В.И., Шкилев А.В. Разряды молнии в Останкинскую телебашню. – Электричество, 1972, № 2, с. 24–29.
25. McCann G. The Measurement of Lightning Currents in Direct Strokes. – Transactions of the American Institute of Electrical Engineers, 1944, vol. 63, No. 12, p. 1157–1164, DOI: 10.1109/T-AIEE. 1944.5058859.
26. Szpor S., Miladovska K., Wieckowski Y. Lightning Current Records on Industrial Chimneys in Poland. – CIGRE Paris, 1974, Session 21–29 August, pp. 1–6.
27. Szpor S., Suchocki J., Kolotovski J. Rejestraeja pradow pioranowych na wysokich objektach w Polsce polnochej. – Acta Technica Gedanensia, 1963, No. 2, рp. 120–128.
28. Раков В.А., Луц А.О. К оценке радиуса стягивания молнии к объекту. – Электричество, 1988, № 9, с. 64–67.
#
1. Akopyan A.A. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 1937, No. 9-10, pp. 20–25.
2. Akopyan A.A. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 1938, No. 1, pp. 22–29.
3. Akopyan A.A. Elektricheskie stantsii – in Russ. (Electrical Power Plants), 1938, No. 6, pp. 15–23.
4. Akopyan A.A. Elektricheskie stantsii – in Russ. (Electrical Power Plants), 1938, No. 8-9, pp. 33–34.
5. Akopyan A.A. Trudy VEI – in Russ. (Proceedings of All-Union Electrotechnical Institute), 1940, iss. 36, pp. 94–58.
6. Bazelyan E.M., Gorin B.N., Levitov V.I. Fizicheskie i inzhenernye osnovy molniezashchity (Physical and Engineering Basics of Lightning Protection). L.: Gidrometeoizdat, 1978, 223 p.
7. He J., Wang X., Zeng R. Evaluation of Leader Progression Model and EGM for Analysing Lightning Performance of Transmission Line. – CIGRE, 2014, rep. C4-201.
8. Fotin V.P. et al. Elektrotehnika – in Russ. (Electrical Engineering), 1983, No. 8, pp. 60–63.
9. Golde R.H. The Lightning Conductor. – Journal of the Franklin Institute, 1967, vol. 283, No. 6, pp. 451–477, DOI: 10.1016/0016-0032(67)90597-2.
10. Linck H., Sargent M. Lightning Performance of Modern Transmission Lines. – CIGRE Paris, 1974, Secc. No. 33/09, pp. 11–15.
11. Darveniza M., Popolansky P., Whitehead E.R. Lightning Protection of UHV Transmission Lines. – Electra, 1975, No. 41, pp. 39–69.
12. RD 34.21.122-87. Instruktsiya po ustroystvu molniezashchity zdaniy i sooruzheniy (Guidelines for Lightning Protection of Buildings and Structures). M.: Energoatomizdat, 1989.
13. SO 153-343.21.122-2003. Instruktsiya po ustroystvu mol-niezashchity zdaniy, sooruzheniy i promyshlennyh kommunikatsiy (Guidelines on Installation of Lightning Protection Devices for Buildings, Structures, and Industrial Utility Lines). M.: Izd-vo MEI, 2004, 57 p.
14. IEC 62305-1:2010. Protection Against Lightning – Part 1: General Principles.
15. IEC 62305-2:2010. Protection Against Lightning – Part 2. Risk Management.
16. IEC 62305-3:2010. Protection Against Lightning – Part 3 Physical Damage to Structures and Life Hazard.
17. Eriksson A.J. Lightning and Tall Structures. – Transactions of the South African Institute of Electrical Engineers, 1978, vol. 69,
No. 8, pp. 238–252.
18. Eriksson A.J. Reply to Discussion on Paper “Lightning and Tall Structures”. – Transactions of the South African Institute of Electrical Engineers, 1979, vol. 70, No. 5.
19. Anderson R.B., Eriksson A.J. Lightning Parameters for Engineering Applications. – Electra, 1980, No. 69, pp. 65–102.
20. Aleksandrov G.N. et al. Izvestiya AN SSSR. Energetika i transport – in Russ. (Izvestia of the USSR Academy of Sciences. Energy and Transport), 1970, No. 3, pp. 48–54.
21. Volkova O.V., Koryavin A.R. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 1991, No. 5, pp. 52–55.
22. Koryavin A.R. Elektricheskaya prochnost’ vneshney izolyatsii (Electrical Strength of External Insulation). M.: Izd-vo MEI, 2018, 224 p.
23. RD 153-34.3-35.125-99. Rukovodstvo po zashchite elektri-cheskih setey 6–1150 kV ot grozovyh i vnutrennih perenapryazheniy (Guidelines for the Protection of Electrical Networks 6–1150 kV from Lightning and Internal Overvoltages). SPb.: PEIPK Mintopenergo RF, 1999, 353 p.
24. Gorin B.N., Levitov V.I., Shkilev A.V. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 1972, No. 2, pp. 24–29.
25. McCann G. The Measurement of Lightning Currents in Direct Strokes. – Transactions of the American Institute of Electrical Engineers, 1944, vol. 63, No. 12, p. 1157–1164, DOI: 10.1109/T-AIEE.1944.5058859.
26. Szpor S., Miladovska K., Wieckowski Y. Lightning Current Records on Industrial Chimneys in Poland. – CIGRE Paris, 1974, Session 21–29 August, pp. 1–6.
27. Szpor S., Suchocki J., Kolotovski J. Rejestraeja pradow pioranowych na wysokich objektach w Polsce polnochej. – Acta Technica Gedanensia, 1963, No. 2, rp. 120–128.
28. Rakov V.A., Luts A.O. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 1988, No. 9, pp. 64–67
2. Акопян А.А. Защитное действие двойного и многократного стержневых молниеотводов. – Электричество, 1938, № 1, с. 22–29.
3. Акопян А.А. Исследование на модели защитного действия тросовых или антенных молниеотводов. – Электрические станции, 1938, № 6, с. 15–23.
4. Акопян А.А. Защитное действие двойного стержневого молниеотвода. – Электрические станции, 1938, № 8-9, с. 33–34.
5. Акопян А.А. Исследование защитного действия молниеотводов. – Труды ВЭИ, 1940, вып. 36, с. 94–58.
6. Базелян Э.М., Горин Б.Н., Левитов В.И. Физические и инженерные основы молниезащиты. Л.: Гидрометеоиздат, 1978, 223 с.
7. He J., Wang X., Zeng R. Evaluation of Leader Progression Model and EGM for Analysing Lightning Performance of Transmission Line. – CIGRE, 2014, rep. C4-201.
8. Фотин В.П. и др. Генераторы грозовых и коммутационных импульсов напряжения наружной установки. – Электротехника, 1983, № 8, с. 60–63.
9. Golde R.H. The Lightning Conductor. – Journal of the Franklin Institute, 1967, vol. 283, No. 6, pp. 451–477, DOI: 10.1016/0016-0032(67)90597-2.
10. Linck H., Sargent M. Lightning Performance of Modern Transmission Lines. – CIGRE Paris, 1974, Secc. No. 33/09, pp. 11–15.
11. Darveniza M., Popolansky P., Whitehead E.R. Lightning Protection of UHV Transmission Lines. – Electra, 1975, No. 41, pp. 39–69.
12. РД 34.21.122-87. Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений. М.: Энергоатомиздат, 1989.
13. СО 153-343.21.122-2003. Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций. М.: Изд-во МЭИ, 2004, 57 с.
14. IEC 62305-1:2010. Protection Against Lightning – Part 1: General Principles.
15. IEC 62305-2:2010. Protection Against Lightning – Part 2. Risk Management.
16. IEC 62305-3:2010. Protection Against Lightning – Part 3 Physical Damage to Structures and Life Hazard.
17. Eriksson A.J. Lightning and Tall Structures. – Transactions of the South African Institute of Electrical Engineers, 1978, vol. 69, No. 8, pp. 238–252.
18. Eriksson A.J. Reply to Discussion on Paper “Lightning and Tall Structures”. – Transactions of the South African Institute of Electrical Engineers, 1979, vol. 70, No. 5.
19. Anderson R.B., Eriksson A.J. Lightning Parameters for Engineering Applications. – Electra, 1980, No. 69, pp. 65–102.
20. Александров Г.Н. и др. К вопросу об оценке защитного действия молниеотводов. – Известия АН СССР. Энергетика и транспорт, 1970, № 3, с. 48–54.
21. Волкова О.В., Корявин А.Р. Поражаемость искровым разрядом стержня на плоскости. – Электричество, 1991, № 5, с. 52–55.
22. Корявин А.Р. Электрическая прочность внешней изоляции. М.: Изд-во МЭИ, 2018, 224 с.
23. РД 153-34.3-35.125-99. Руководство по защите электрических сетей 6–1150 кВ от грозовых и внутренних перенапряжений. СПб.: ПЭИПК Минтопэнерго РФ, 1999, 353 с.
24. Горин Б.Н., Левитов В.И., Шкилев А.В. Разряды молнии в Останкинскую телебашню. – Электричество, 1972, № 2, с. 24–29.
25. McCann G. The Measurement of Lightning Currents in Direct Strokes. – Transactions of the American Institute of Electrical Engineers, 1944, vol. 63, No. 12, p. 1157–1164, DOI: 10.1109/T-AIEE. 1944.5058859.
26. Szpor S., Miladovska K., Wieckowski Y. Lightning Current Records on Industrial Chimneys in Poland. – CIGRE Paris, 1974, Session 21–29 August, pp. 1–6.
27. Szpor S., Suchocki J., Kolotovski J. Rejestraeja pradow pioranowych na wysokich objektach w Polsce polnochej. – Acta Technica Gedanensia, 1963, No. 2, рp. 120–128.
28. Раков В.А., Луц А.О. К оценке радиуса стягивания молнии к объекту. – Электричество, 1988, № 9, с. 64–67.
#
1. Akopyan A.A. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 1937, No. 9-10, pp. 20–25.
2. Akopyan A.A. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 1938, No. 1, pp. 22–29.
3. Akopyan A.A. Elektricheskie stantsii – in Russ. (Electrical Power Plants), 1938, No. 6, pp. 15–23.
4. Akopyan A.A. Elektricheskie stantsii – in Russ. (Electrical Power Plants), 1938, No. 8-9, pp. 33–34.
5. Akopyan A.A. Trudy VEI – in Russ. (Proceedings of All-Union Electrotechnical Institute), 1940, iss. 36, pp. 94–58.
6. Bazelyan E.M., Gorin B.N., Levitov V.I. Fizicheskie i inzhenernye osnovy molniezashchity (Physical and Engineering Basics of Lightning Protection). L.: Gidrometeoizdat, 1978, 223 p.
7. He J., Wang X., Zeng R. Evaluation of Leader Progression Model and EGM for Analysing Lightning Performance of Transmission Line. – CIGRE, 2014, rep. C4-201.
8. Fotin V.P. et al. Elektrotehnika – in Russ. (Electrical Engineering), 1983, No. 8, pp. 60–63.
9. Golde R.H. The Lightning Conductor. – Journal of the Franklin Institute, 1967, vol. 283, No. 6, pp. 451–477, DOI: 10.1016/0016-0032(67)90597-2.
10. Linck H., Sargent M. Lightning Performance of Modern Transmission Lines. – CIGRE Paris, 1974, Secc. No. 33/09, pp. 11–15.
11. Darveniza M., Popolansky P., Whitehead E.R. Lightning Protection of UHV Transmission Lines. – Electra, 1975, No. 41, pp. 39–69.
12. RD 34.21.122-87. Instruktsiya po ustroystvu molniezashchity zdaniy i sooruzheniy (Guidelines for Lightning Protection of Buildings and Structures). M.: Energoatomizdat, 1989.
13. SO 153-343.21.122-2003. Instruktsiya po ustroystvu mol-niezashchity zdaniy, sooruzheniy i promyshlennyh kommunikatsiy (Guidelines on Installation of Lightning Protection Devices for Buildings, Structures, and Industrial Utility Lines). M.: Izd-vo MEI, 2004, 57 p.
14. IEC 62305-1:2010. Protection Against Lightning – Part 1: General Principles.
15. IEC 62305-2:2010. Protection Against Lightning – Part 2. Risk Management.
16. IEC 62305-3:2010. Protection Against Lightning – Part 3 Physical Damage to Structures and Life Hazard.
17. Eriksson A.J. Lightning and Tall Structures. – Transactions of the South African Institute of Electrical Engineers, 1978, vol. 69,
No. 8, pp. 238–252.
18. Eriksson A.J. Reply to Discussion on Paper “Lightning and Tall Structures”. – Transactions of the South African Institute of Electrical Engineers, 1979, vol. 70, No. 5.
19. Anderson R.B., Eriksson A.J. Lightning Parameters for Engineering Applications. – Electra, 1980, No. 69, pp. 65–102.
20. Aleksandrov G.N. et al. Izvestiya AN SSSR. Energetika i transport – in Russ. (Izvestia of the USSR Academy of Sciences. Energy and Transport), 1970, No. 3, pp. 48–54.
21. Volkova O.V., Koryavin A.R. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 1991, No. 5, pp. 52–55.
22. Koryavin A.R. Elektricheskaya prochnost’ vneshney izolyatsii (Electrical Strength of External Insulation). M.: Izd-vo MEI, 2018, 224 p.
23. RD 153-34.3-35.125-99. Rukovodstvo po zashchite elektri-cheskih setey 6–1150 kV ot grozovyh i vnutrennih perenapryazheniy (Guidelines for the Protection of Electrical Networks 6–1150 kV from Lightning and Internal Overvoltages). SPb.: PEIPK Mintopenergo RF, 1999, 353 p.
24. Gorin B.N., Levitov V.I., Shkilev A.V. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 1972, No. 2, pp. 24–29.
25. McCann G. The Measurement of Lightning Currents in Direct Strokes. – Transactions of the American Institute of Electrical Engineers, 1944, vol. 63, No. 12, p. 1157–1164, DOI: 10.1109/T-AIEE.1944.5058859.
26. Szpor S., Miladovska K., Wieckowski Y. Lightning Current Records on Industrial Chimneys in Poland. – CIGRE Paris, 1974, Session 21–29 August, pp. 1–6.
27. Szpor S., Suchocki J., Kolotovski J. Rejestraeja pradow pioranowych na wysokich objektach w Polsce polnochej. – Acta Technica Gedanensia, 1963, No. 2, rp. 120–128.
28. Rakov V.A., Luts A.O. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 1988, No. 9, pp. 64–67
