ОРИЕНТИРОВКА МОЛНИИ И МОЛНИЕЗАЩИТА по Г.Н. АЛЕКСАНДРОВУ Шишигин С.Л. д.т.н., зав. кафедрой электротехники Мещеряков В.Е. аспирант Вологодский государственный университет Молниезащита 2014 СПб 27 мая 2014 г

Методы молниезащиты Российские стандарты: РД – основан на мелкомасштабных экспериментах прошлого века СО – использование стандарта МЭК-1024 (уже снятого) Отраслевые стандарты (Газпром, Транснефть) – копирование СО ВСП /МО РФ/ – основан на современных экспериментах, но имеет ограничения по высоте объекта Международные стандарты Метод катящейся сферы – расчетный метод построения молниезащиты, принятый во многих странах. Противоречие с российскими нормами. Альтернатива: Молниезащита по Г.Н. Александрову Новый расчетный метод молниезащиты на основе электростатической модели ориентировки молнии Существующий уровень : Построение зон защиты молниеотводов 2

Метод Г.Н. Александрова 3 ИДЕЯ: Вероятность поражения молнией объекта с молниеотводами равна относительному наведенному заряду p= -Q / q, где Q – наведенный заряд, q - заряд лидера. Электростатическая модель ориентировки молнии. AQ+Bq=0 Методика: 1. Строим поверхности равновероятного появления лидера молнии p=const при заданной длине стримеров (22-45 м) Достоинства : 1. Учет окружения объекта 2. Вероятность прорыва - отношение площадей 3. Площадь поверхности ориентировки дает оценку площади стягивания Недостатки: 1. Огромная трудоемкость построения поверхности p=const. Расчет трехмерного электрического поля объекта повторяется сотни тысяч раз для разных положений лидера молнии. 2. Длина стримеров, определяющих поверхность p=const, не связана с максимальным током молнии 3. Решены только модельные задачи

Развитие метода Г.Н. Александрова 4 Вывод: Разработана численная реализация метода Г.Н. Александрова, пригодная для расчета молниезащиты сложных объектов. 1. Ускорение вычислений Расчет p – скалярное произведение векторов, где вектор емкостных коэффициентов С рассчитывается один раз AQ+Bq=0 2. Связь с методом катящейся сферы При построении поверхности p=const замена длины стримера на d=10I Оценка площади стягивания (нижняя) по площадь поверхности p=const где А – матрица потенциальных коэффициентов объекта, В – вектор взаимных потенциальных коэффициентов лидера молнии и объекта

Сопоставление с существующими методами Выводы: 1). РД, СО – завышенная зона защиты 2). Метод Александрова коррелирует с ВСП 5 3). Метод катящейся сферы не учитывает взаимное влияние молниеотводов, поэтому неадекватен для множественных молниеотводов

Влияние наведенного заряда объекта на зону защиты Вывод: Наведенный заряд объекта увеличивает зону защиты молниеотводов, уменьшает вероятность прорыва, но (далее) увеличивает площадь стягивания 6

Площадь стягивания (сбора) молниевых разрядов НЕДОСТАТКИ: 1. Не зависит от тока молнии (30 кА?). Задачи ЭМС 100 кА; прорывы 10 кА 2. Сложный расчет A d комбинированных объектов, без учета взаимного влияния 3. Погрешность выбора эмпирических коэффициентов C d ПРЕДЛАГАЕТСЯ: Расчет площади стягивания S=A d C d =f (Q) с учетом окружения объекта Число ударов молнии в объект N d (МЭК) 7 Учитываются все наведенные заряды

Радиус стягивания R a одиночного молниеотвода Сравнение методик Сильные и слабые молнии Выводы: 1. Относительный радиус стягивания уменьшается с увеличением высоты молниеотвода, что согласуется с РД Радиус стягивания увеличивается с увеличением тока молнии, что согласуется с данными Э.М. Базеляна 8

Влияние окружения объекта на площадь стягивания Вывод: 1. Окружение объекта существенно влияет на его площадь стягивания, включая расстояния d>3h 2. Коэффициенты C d =const отражают влияние окружения объекта очень приближенно 9

Молниезащита электрической подстанции В Вывод: Применение МКС ведет к необоснованным проблемам с ЭМС на подстанции Метод катящейся сферы: p=0.91; 0.97; 0.99 Метод Г.Н. Александрова: p=

Молниезащита ЛПДС «Конда» Вывод: Применение МКС для объектов нефтяной промышленности потребует необоснованной масштабной реконструкции систем молниезащиты Метод катящейся сферы: p=0.99; p=0.91 Метод Г.Н. Александрова: p=0.99; p=

ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПАСИБО за внимание Метод Г.Н. Александрова исходит из положения, что наведенный заряд объекта является определяющим параметром при расчете молниезащиты. Наведенный молнией заряд объекта увеличивает площадь стягивания молнии, но уменьшает вероятность прорыва защиты, т.е. действует разнонаправлено на число прорывов молнии к объекту Достоверность метода косвенно подтверждается близостью результатов с нормами МО (ВСП) Молниезащита по Г.Н. Александрову приводит к более «жестким» решениям в сравнении с РД, СО, но в целом подтверждает адекватность российских норм. Метод катящейся сферы не учитывает взаимное влияние молниеотводов, поэтому его применение для объектов с многократными молниеотводами приводит к избыточным или неадекватным решениям Метод Г.Н. Александрова – реальная альтернатива методу катящейся сферы