Блискавка являє собою досить добре досліджене явище для того, щоб оцінити її впливу. Середнє число ударів блискавки в 1 км 2 поверхні землі за 100 грозових годин на Росії прийнято 6,7. Існують карти грозової діяльності, що дають загальну тривалість гроз у годинах за рік. Ця тривалість становить в залежності від місцевості на території Росії від 10 до 100 грозових годин.
Число ударів блискавки за 100 грозових годин на об'єкт довжиною А, шириною В і висотою Н обчислюється за формулою
У цій формулі А, В, Н слід підставляти в метрах.
З цієї формули випливає, що в елементи станції (будівлі, відкриті розподільні пристрої й т.д.) будуть відбуватися удари блискавки з періодичністю в кілька років, удари блискавки в лінії (або поблизу них) через велику протяжності підходять до станції ліній відбуваються набагато частіше. Для об'єктів електроенергетики необхідна блискавкозахист, метою якої є зниження шкоди, яку може бути заподіяно блискавкою.
Небезпечними впливами блискавок є:
• поява імпульсних високих напруг на активних опорах елементів об'єкта (наприклад, на опорі заземлення при протіканні по ньому струму блискавки або його частини). Амплітуда цих напруг визначається твором опору на максимальний струм;
• поява імпульсних високих напруг на індуктивності елементів об'єкта, по яких протікає струм блискавки або його частину;
• индуктирование високих напруг в контурах, що мають електромагнітну зв'язок з контуром розрядного струму блискавки. Индуктироваться напруги, як і падіння напруги на індуктивності залежать від крутизни струму блискавки;
• нагрів провідників, по яких протікає струм блискавки або його частину. Нагрівання визначається так званої питомою енергією - інтегралом квадрата струму за часом, який залежить в основному від імпульсних складових струму;
• термічна дія на об'єкт в місці удару. Ця дія залежить від загального заряду, що протік по каналу блискавки, і визначається постійної складової струму блискавки.
Таким чином, небезпечними параметрами струму блискавки є його максимальне значення крутизна, питома енергія і заряд.
При ударах блискавки в заземлення громовідводи потенціал заземлювача, спусків, молниеприемников може досягати багатьох сотень кіловольт, що може викликати сильні електромагнітні обурення, іскріння, пробої ізоляції, зворотні перекриття, виноси високого потенціалу по дротах і кабелях на великі відстані від контурів зі струмом блискавки. На жаль, до теперішнього часу не створено загальної методики боротьби з цими електромагнітними збуреннями при ударах блискавки, немає конкретних нормативних документів, рекомендацій щодо зниження перешкод і перенапруг, що виникають при ударах блискавки.
Блискавка являє собою різновид газового розряду при дуже великій довжині іскри. Загальна довжина каналу блискавки досягає декількох кілометрів. Джерелом блискавки є грозову хмару, що несе в собі скупчення об'ємних позитивних і негативних зарядів. Утворення таких об'ємних зарядів різної полярності в хмарі (поляризація хмари) пов'язано з конденсацією внаслідок охолодження водяної пари висхідних потоків теплого повітря на позитивних і негативних іонах (центрах конденсації) і поділу заряджених крапельок вологи в хмарі під дією інтенсивних висхідних повітряних потоків.
У природі (розрізняють три основних типи грозових розрядів: лінійна блискавка - має вигляд вузької смуги між хмарою і землею, між хмарами або між окремими скупченнями об'ємних зарядів усередині хмари; кульова блискавка - яскраво світиться, рухливий, опуклий, відносно стійкий згусток плазми, що виникає і зникаючий у мало вивченим в даний час причин; тихі розряди - корона, що виникає в місцях різкої неоднорідності напруженості електричного поля на виступаючих заземлених предметах в передгрозової період і під час грози.
Грозовий розряд розвивається за різними шляхами. Внутрішньохмарні розряди найчастіше бувають під час гроз, що виникають високо над землею. В таких умовах блискавки легше розвиватися від нижньої частини зарядженої хмари до верхньої або навпаки, ніж пройти довгий шлях від заснування хмари, т. Е. Найближчій до землі кромці, до землі.
Механізм утворення лінійної блискавки пов'язаний з поступовим накопиченням різнополярних електричних зарядів на верхній і нижній частинах хмари і утворенням навколо нього електричного поля зростаючої напруженості. Коли градієнт потенціалу в будь-якій точці хмари досягає критичного для повітря значення (близько 3 · 10 6 В / м), в цьому місці возпікает блискавка, яка починається лидерной стадією і завершується зворотним (головним) розрядом. Головна стадія грозового розряду і є джерелом МЕМП. З огляду на те, що в хмарі утворюється кілька ізоліроватiних один від щуга скупчень зарядів, блискавка зазвичай буває багаторазової, т. Е. Варто з декількох одиничних розрядів, що розвиваються за одним і тим самим шляхом. Срредняя продолжнтельность головного розряду 20. 50 мкс; число повторних розрядів може коливатися від 2 до 10 і більше; інтервал часу між повторними розрядами 0,001. 0,5 с.
Характеристики блискавки. Як показують вимірювання. розрядний струм блискавки являє собою імпульс з швидким наростанням струму від нуля до максимуму (фронт хвилі) і порівняно повільним спадом (хвіст хвилі). Оскільки на осцилограмах початок хвилі і момент максимуму точно визначити важко, для зручності обробки осцилограм дійсний фронт імпульсу замінюється еквівалентним косокутних (рис.). Для цього на лінії фронту імпульсу відзначаються точки з координатами О, 3Imax і О, 9Imax. і через них проводиться пряма лінія. Її перетин з нульовою лінією (точка Про умовне початок імпульсу) і горизонтальної прямої, проведеної через точку, що визначає рівень амплітудного значення струму блискавки, в висловлює тривалість фронту імпульсу [# 964; ф - тривалість імпульсу]. # 964; і - це час від умовного початку до моменту, коли струм блискавки на кривій спаду стає рівним половині своєї амплітуди. Імпульс струму блискавки характеризується відношенням # 964; ф / # 964; і.
Грозовий розряд хмари характеризується наступними усередненими величинами:
заряд грозової хмари, До 10 - 100
потенціал хмари, У 10 8 - 10 9
струм розряду хмари, А 10 4 - 2 × 10 5
час розряду, мкс 5 - 100
середня довжина блискавки, м 10 3 - 7 · 10 3
діаметр каналу блискавки, м 0,03 - 06
інтервал часу між окремими
розрядами, з 0,001 - 0,5
кількість розрядів 1 - 30
При здійсненні заходів захисту і визначення ЕМО в тій чи іншій області в якості розрахункових можуть бути прийняті наступні значення основних величин:
амплітуда струму блискавки, А 30000
довжина каналу блискавки, м 4500
число повторних розрядів протягом видимого удару блискавки З
тривалість фронту імплиа1 мкс 2
ютігельноеть розряду блискавки, мкс 50
загальна продолжітельност' блискавки, з 0,5
число розрядів на 1 км на рік 0,1
Вплив електромагнітного поля блискавки на лінії електропередачі або споруди
Даний механізм впливу має особливе значення для розподільчих ліній низької та середньої напруги і набагато менш важливі для ліній високої напруги, оскільки він супроводжується пробоями ізоляції на лініях середньої напруги, викликаних индуктироваться грозовими перенапруженнями.
Результатом индуктироваться перенапруг є біжить імпульс струму і напруги, що поширюється по лінії подібно імпульсам, викликаним прямими ударами блискавки в ЛЕП.
Амплітуда імпульсу безпосередньо залежить від відстані від місця удару блискавки в землю до лінії. Вона зростає при збільшенні висоти лінії і помітно зменшується внаслідок екранування заземленими грозозахисними тросами, якщо вони є.
На лініях середньої і низької напруги амплітуда біжить імпульсу часто перевищує напругу пробою ізоляції, що викликає її пробою і зріз імпульсу.
У місці ЛЕП, найближчому до місця удару блискавки, вид фронту імпульсу подібний результату впливу прямого удару блискавки, в той час як тривалість імпульсу хвилі помітно менше і становить 5 - 10 мкс. Висновки, зроблені з приводу спотворення форми імпульсу імпульсної короною і пробою ізоляції, зроблені стосовно прямого попадання блискавки в дроти ЛЕП і зворотним перекриттях, однаково застосовні і до даного випадку.
Якщо споруда має менші розміри (довжину), ніж ЛЕП, то і запасається ним електромагнітна енергія буде менше. Обурення ж, передане від споруди до обладнання, приєднаному або розташованому в безпосередній близькості від споруди, буде менше, ніж при прямому впливі випромінювання струму блискавки. В цьому випадку спорудження виступає в ролі екрану для випромінюваного поля.