Откройте актуальную версию документа прямо сейчас
Если вы являетесь пользователем интернет-версии системы ГАРАНТ, вы можете открыть этот документ прямо сейчас или запросить по Горячей линии в системе.
Вход
Купить систему ГАРАНТ
Получить демо-доступ
Узнать стоимость
Информационный банк
Подобрать комплект
Семинары
Приложение А (справочное). Параметры тока молнии
Приложение А
(справочное)
Параметры тока молнии
А.1 Молния
Существуют два основных типа молний:
- нисходящий разряд молнии, начинающийся нисходящим лидером от грозового облака к земле;
- восходящий разряд молнии, начинающийся восходящим лидером от земли к облаку.
Обычно нисходящие молнии характерны для равнинных территорий и невысоких зданий (сооружений), тогда как для высотных зданий (сооружений) доминирующими являются восходящие разряды молнии. Существует прямая зависимость между высотой здания (сооружения) и вероятностью прямого удара молнии в него (см. МЭК 62305-2, приложение А), а кроме того, в зависимости от высоты здания (сооружения) происходит изменение физических условий.
Ток молнии состоит из одного или нескольких ударов в виде:
- короткого удара продолжительностью менее 2 мс (рисунок А.1);
- длительного удара продолжительностью более 2 мс (рисунок А.2).
Рисунок А.1 - График параметров силы тока (обычно < 2 мс)
Рисунок А.2 - График параметров длительного удара молнии
(обычно 2 мс < < 1 с)
Кроме того, удары молнии разделяют по их полярности (положительному или отрицательному заряду) и последовательности появления (первый, последующий, наложенный). Возможные компоненты молнии для нисходящих разрядов показаны на рисунке А.3, для восходящих - на рисунке А.4.
Рисунок А.3 - Типичные компоненты нисходящих разрядов молний для равнинной местности и невысоких зданий (сооружений)
Дополнительным компонентом восходящих разрядов является первый длительный удар, который может сопровождаться несколькими (до десяти) наложенными короткими импульсами. Однако следует отметить, что все параметры восходящих разрядов меньше, чем аналогичные параметры нисходящих разрядов. Больший заряд длительных восходящих ударов молнии пока не подтвержден. Поэтому параметры тока молнии восходящих разрядов соотносят с данными максимальных значений для нисходящих разрядов. Более точная оценка параметров тока молнии и их зависимость от высоты по отношению к нисходящим и восходящим разрядам находится в процессе исследований.
Рисунок А.4 - Типичные компоненты восходящих разрядов молнии для зданий средней высоты и/или высотных зданий (сооружений)
А.2 Параметры тока молнии
Параметры тока молнии, приведенные в настоящем стандарте, основаны на результатах данных Международного Совета по большим электрическим системам (CIGRE*), которые приведены в таблице А.1. Предполагается, что эти данные подчиняются логарифмически нормальному распределению. Соответствующее среднее значение и дисперсия
приведены в таблице А.2, функция распределения показана на рисунке А.5. На основе функции распределения может быть определена вероятность появления любого значения каждого параметра.
Предполагается следующее отношение полярности: 10% положительных и 90% отрицательных разрядов молнии. Значение вероятности возникновения более высоких пиковых значений тока молнии, чем рассмотрено ранее, приведено в таблице А.3. Если информация о рельефе местности недоступна, то следует использовать установленное выше отношение.
Таблица А.1 - Значения параметров тока молнии в соответствии с данными [3], [4]
|
Параметр тока молнии |
Фиксированные значения для LPL 1 |
Значения |
Тип удара молнии |
Линия на рисунке А.5 |
||
|
95% |
50% |
5% |
||||
|
I(кА) |
|
4(b) |
20(b) |
90 |
Первый отрицательный короткий(а) |
1А+1В |
|
50 |
4,9 |
11,8 |
28,6 |
Последующий отрицательный короткий(а) |
2 |
|
|
200 |
4,6 |
35 |
250 |
Первый положительный короткий (единичный) |
3 |
|
|
|
|
1,3 |
7,5 |
40 |
Отрицательный |
4 |
|
300 |
20 |
80 |
350 |
Положительный |
5 |
|
|
|
|
1,1 |
4,5 |
20 |
Первый отрицательный короткий |
6 |
|
0,22 |
0,95 |
4 |
Последующий отрицательный короткий |
7 |
||
|
100 |
2 |
16 |
150 |
Первый положительный короткий (единичный) |
8 |
|
|
W/R (кДж/Ом) |
|
6 |
55 |
550 |
Первый отрицательный короткий |
9 |
|
0,55 |
6 |
52 |
Последующий отрицательный короткий |
10 |
||
|
10000 |
25 |
650 |
15000 |
Первый положительный короткий |
11 |
|
|
di/ |
|
9,1 |
24,3 |
65 |
Первый отрицательный короткий(а) |
12 |
|
9,9 |
39,9 |
161,5 |
Последующий отрицательный короткий(а) |
13 |
||
|
20 |
0,2 |
2,4 |
32 |
Первый положительный короткий |
14 |
|
|
di/ |
200 |
4,1 |
20,1 |
98,5 |
Последующий отрицательный короткий(а) |
15 |
|
|
200 |
|
|
|
Продолжительный |
|
|
|
0,5 |
|
|
|
Продолжительный |
|
|
Продолжительность фронта импульса тока (мкс) |
|
1,8 |
5,5 |
18 |
Первый отрицательный короткий |
|
|
0,22 |
1,1 |
4,5 |
Последующий отрицательный короткий |
|
||
|
3,5 |
22 |
200 |
Первый положительный короткий (единичный) |
|
||
|
Продолжительность удара (мкс) |
|
30 |
75 |
200 |
Первый отрицательный короткий |
|
|
6,5 |
32 |
140 |
Последующий отрицательный короткий |
|
||
|
25 |
230 |
2000 |
Первый положительный короткий (единичный) |
|
||
|
Временной интервал (мс) |
|
7 |
33 |
150 |
Многократные отрицательные |
|
|
Общая продолжительность удара (мс) |
|
0,15 |
13 |
1100 |
Отрицательные (все) |
|
|
31 |
180 |
900 |
Отрицательные (без единичного) |
|
||
|
14 |
85 |
500 |
Положительный |
|
||
|
(а) Параметры и значения в соответствии с [4]. (b) Значения I = 4 kA и I = 20 kA соответствуют значениям вероятности 0,98 и 0,8 соответственно. | ||||||
Таблица А.2 - Логарифмически нормальное распределение параметров тока молнии. Среднее значение и дисперсия
рассчитаны на основе 95%-ных и 5%-ных значений данных [3], [4]
|
Параметр |
Среднее |
Дисперсия(b) |
Тип удара (разряда) молнии |
Линия на рисунке А.5 |
|
I(кА) |
(61,1) |
0,576 |
Первый отрицательный короткий (80%)(a) |
1А |
|
33,3 |
0,263 |
Первый отрицательный короткий (80%)(a) |
1В |
|
|
11,8 |
0,233 |
Последующий отрицательный короткий(а) |
2 |
|
|
33,9 |
0,527 |
Первый положительный короткий (единичный) |
3 |
|
|
|
7,21 |
0,452 |
Отрицательный |
4 |
|
83,7 |
0,378 |
Положительный |
5 |
|
|
|
4,69 |
0,383 |
Первый отрицательный короткий |
6 |
|
0,938 |
0,383 |
Последующий отрицательный короткий |
7 |
|
|
17,3 |
0,570 |
Первый положительный короткий (единичный) |
8 |
|
|
W/R (кДж/Ом) |
57,4 |
0,596 |
Первый отрицательный короткий |
9 |
|
5,35 |
0,600 |
Последующий отрицательный короткий |
10 |
|
|
612 |
0,844 |
Первый положительный короткий (единичный) |
11 |
|
|
di/ |
24,3 |
0,260 |
Первый отрицательный короткий (a) |
12 |
|
40,0 |
0,369 |
Последующий отрицательный короткий(a) |
13 |
|
|
2,53 |
0,670 |
Первый положительный короткий (единичный) |
14 |
|
|
d// |
20,1 |
0,420 |
Последующий отрицательный короткий(a) |
15 |
|
|
200 |
|
Продолжительный |
|
|
|
0,5 |
|
Продолжительный |
|
|
Продолжительность фронта импульса тока (мкс) |
5,69 |
0,304 |
Первый отрицательный короткий |
|
|
0,995 |
0,398 |
Последующий отрицательный короткий |
|
|
|
26,5 |
0,534 |
Первый положительный короткий (единичный) |
|
|
|
Продолжительность удара (мкс) |
77,5 |
0,250 |
Первый отрицательный короткий |
|
|
30,2 |
0,405 |
Последующий отрицательный короткий |
|
|
|
224 |
0,578 |
Первый положительный короткий (единичный) |
|
|
|
Временной интервал (мс) |
32,4 |
0,405 |
Многократные отрицательные |
|
|
Полная продолжительность удара |
12,8 |
1,175 |
Отрицательные (все) |
|
|
167 |
0,445 |
Отрицательные (без единичного) |
|
|
|
83,7 |
0,472 |
Положительный |
|
|
|
(a) Параметры и значения в соответствии с [4]. (b) | ||||
Таблица А.3 - Значения вероятности Р как функции тока молнии I
|
|
I (кА) |
Р |
I (кА) |
Р |
|
|
0 |
1 |
60 |
0,2 |
|
|
3 |
0,99 |
80 |
0,1 |
|
|
5 |
0,95 |
100 |
0,05 |
|
|
10 |
0,9 |
150 |
0,02 |
|
|
20 |
0,8 |
200 |
0,01 |
|
|
30 |
0,6 |
300 |
0,005 |
|
|
35 |
0,5 |
400 |
0,002 |
|
|
40 |
0,4 |
600 |
0,001 |
|
|
50 |
0,3 |
|
|
Рисунок 5 - Функция распределения параметров тока молнии
(линии проходят через 95%-ное и 5%-ное значение)
ГАРАНТ:
По-видимому, в тексте предыдущего абзаца допущена опечатка. Вместо "Рисунок 5" следует читать "Рисунок А.5"
Все значения, установленные для LPL, приведенные в настоящем стандарте, относятся как к нисходящим, так и к восходящим разрядам молнии.
Примечание - Значение параметров тока молнии получают путем измерений, выполненных на высотных зданиях (сооружениях). Статистическое распределение оценок пиковых значений тока молнии не учитывает того, что воздействие на высотные здания (сооружения) зависит от расположения молнии.
А.3 Определение параметров максимального тока молнии для LPL I
А.3.1 Положительный разряд
Механические воздействия молнии связаны с пиковым значением тока (I) и удельной энергией (W/R). Термическое воздействие связано с удельной энергией (W/R) в случае возникновения резистивного соединения и с зарядом (Q) в случае распространения дугового разряда на инженерные сети. Перенапряжение и опасность искрового разряда, вызванные индуктивными токами, зависят от средней крутизны (di/dt) тока молнии.
Каждый из единичных параметров (I, Q, W/R, di/dt) связан с определенным механизмом отказа. Это необходимо учитывать при определении методов испытаний.
А.3.2 Положительный импульс и длительный удар молнии
Значения I, Q и W/R, связанные с механическим и тепловым воздействием, определяют по данным положительных разрядов молнии (поскольку 10%-ные значения положительных разрядов намного выше, чем соответствующие 1%-ные значения отрицательных разрядов). Из рисунка А.5 (линии 3, 5, 8, 11 и 14) с вероятностями ниже 10% могут быть использованы следующие значения:
|
I |
= 200кА; |
|
|
= 300 Кл; |
|
|
= 100 Кл; |
|
W/R |
= 10 МДж/Ом; |
|
di/dt |
= 20 кА//мкс. |
Для первого положительного импульса в соответствии с рисунком А.1 эти значения дают первое приближенное значение длительности фронта:
= I/(di/dt) = 10 мкс (
представляет незначительный интерес).
Для удара, спадающего по экспоненте, приближенный расчет заряда и удельной энергии вычисляют по следующей формуле ():
=
,
W/R = .
Эти формулы вместе с приведенными выше значениями позволяют получить первое приближение значения времени полуспада:
= 350 мкс.
Заряд длительного удара молнии может быть приближенно вычислен по формуле:
=
-
= 200 Кл.
Продолжительность разряда согласно рисунку А.2 может быть оценена на основе данных таблицы А.1:
= 0,5 c.
А.3.3 Первый отрицательный импульс
Для некоторых индуктивных соединений воздействие первого отрицательного импульса приводит к наивысшему индуктивному (наведенному) напряжению, например для кабелей внутри железобетонного кабельного канала. Из рисунка А.5 (линии 1 и 12) могут быть использованы следующие значения с вероятностью ниже 1%:
I = 100 кА;
di/dt = 100 кА/мкс.
Для первого отрицательного импульса, согласно рисунку А.1, эти значения дают в первом приближении следующую длительность фронта:
= I/(di/dt) = 1,0 мкс.
Его время полуспада может быть оценено исходя из продолжительности первого отрицательного импульса:
= 200 мкс (
представляет лишь незначительный интерес).
А.3.4 Последующий импульс
Максимальное значение средней крутизны di/df, связанное с опасностью появления искрового разряда, вызванного индуктивным соединением, определяют исходя из последующих отрицательных импульсов (поскольку их 1%-ные значения намного выше, чем 1%-ные значения первых отрицательных разрядов или соответствующих 10%-ных значений положительных разрядов). По рисунку А.5 (линии 2 и 15) могут быть определены следующие значения с вероятностями ниже 1%:
I = 50 кА;
di/dt = 200 кА/мкс.
Для последующего импульса согласно рисунку А.1 эти значения в первом приближении дают следующую длительность фронта:
= I/(di/dt) = 0,25 мкс.
Его время полуспада может быть оценено исходя из продолжительности удара отрицательных последующих коротких ударов:
= 100 мкс (
представляет незначительный интерес).
А.4 Определение параметров минимального тока молнии
Эффективность перехвата LPS зависит от параметров минимального тока молнии на связанном радиусе фиктивной сферы. Геометрическая граница областей, которые защищены от прямых ударов молнии, может быть определена с использованием метода фиктивной сферы.
В соответствии с электрогеометрической моделью радиус фиктивной сферы r связан с пиковым значением первого импульса тока. В отчете [5] эта зависимость описана уравнением:
,
(А.1)
где r - радиус фиктивной сферы, м;
I - пиковый ток, кА.
Для данного радиуса фиктивной сферы r можно предположить, что все разряды с пиковыми значениями выше, чем соответствующее минимальное пиковое значение I, будут перехвачены естественным путем или молниеотводами. Поэтому вероятность для пиковых значений отрицательных и положительных первых ударов, приведенных на рисунке А.5 (линии 1А и 3), является вероятностью перехвата. Принимая во внимание отношение полярности 10%-ных положительных и 90%-ных отрицательных разрядов, может быть вычислена общая вероятность перехвата (см. таблицу 5).