Молния и молниезащита - Заключение

Тщательный анализ механизма развития разряда молнии в гигантских воздушных промежутках между грозовыми облаками и землей, а также между отдельными частями грозовых облаков позволил выявить ряд существенных закономерностей разряда молнии.
Время нарастания тока молнии ограничивается только длиной ее разряда и скоростью распространения электромагнитной волны вдоль проводящего искрового канала, равной скорости света. Максимальный ток молнии определяется длиной искрового разряда, а также сопротивлением заземления канала молнии: чем больше длина разряда, тем больше ток молнии, а чем больше сопротивление заземления канала молнии, тем меньше ток молнии. При этом длина фронта тока молнии не зависит от сопротивления канала молнии и в зависимости от длины искрового разряда может изменяться в пределах от 2 до 30 мкс. Наиболее вероятная длина фронта импульса тока молнии 8... 10 мкс. Крутизна нарастания тока молнии определяется скоростью света и сопротивлением заземления канала: чем больше сопротивление заземления канала молнии, тем меньше крутизна нарастания ее тока. Максимальная крутизна тока молнии при отрицательной полярности составляет 2,6 кА/мкс и при положительной полярности - 6,5 кА/мкс.
Полная длительность протекания тока молнии определяется временем перемещения электронов по каналам стримеров и может достигать сотен микросекунд, при этом время перемещения электронов вдоль верхних, самых коротких стримеров определяет длительность протекания максимального тока молнии.
Ток молнии и крутизна его нарастания при положительной полярности разряда больше, чем при отрицательной полярности.
В результате анализа механизма развития разряда молнии в главной ее стадии определено волновое сопротивление канала молнии, необходимое для расчетов грозовых перенапряжений на линиях электропередачи: волновое сопротивление канала молнии составляет около 300 Ом и уменьшается при увеличении тока молнии.
При анализе защиты от прямых ударов молнии отдельных объектов, комбинации объектов, расположенных на ограниченной площади, и протяженных объектов (линий электропередачи) установлено, что принятые в настоящее время зоны защиты молниеотводов (стержневых и грозозащитных тросов) существенно завышены (примерно вдвое), поскольку определены на основании экспериментов, выполненных с существенными нарушениями условий моделирования искрового разряда в сверхдлинных воздушных промежутках. На основании экспериментальных исследований, выполненных при адекватном моделировании разряда молнии, установлено, что при повышении класса напряжения линий электропередачи существенно усложняются условия молниезащиты, что определяется увеличением горизонтальных размеров линий и увеличением числа проводов в фазе. Угол молниезащиты не определяет однозначно вероятность прорыва молнии на провода линии. При увеличении класса напряжения необходимо уменьшать угол тросовой молниезащиты вплоть до углов, близких к нулю, для линий высших классов напряжения.
При рассмотрении распространения волн грозовых перенапряжений вдоль проводов воздушных линий электропередачи предложена оригинальная методика учета стримерного коронного разряда и на ее основе оценено влияние коронного разряда на распространение волн грозовых перенапряжений вдоль проводов воздушных линий электропередачи. Показано, что после пробега 3 км по проводам линий 110 кВ длина фронта грозовых перенапряжений отрицательной полярности увеличивается на 5...6 мкс, а при положительной полярности - до 10 мкс. При пробеге по линиям 220 кВ и выше длина фронта грозовых перенапряжений отрицательной полярности увеличивается до 10 мкс, а положительной полярности - еще больше. Такое различие деформации волн грозовых перенапряжений на линиях 110 кВ и более высоких напряжений определяется тем обстоятельством, что начальное напряжение коронного разряда на линиях 110 кВ значительно выше наибольшего рабочего напряжения, а на линиях 220 кВ и выше это различие составляет всего 10... 15%.
Максимальное грозовое перенапряжение на проводах линий ограничивается электрической прочностью изоляции линий. Поэтому при увеличении класса напряжения увеличивается как максимальное грозовое перенапряжение, так и время нарастания напряжения до максимального значения: на линиях 110...220 кВ минимальная длина фронта грозового перенапряжения составляет 2...4 мкс, а на линиях класса 750... 1150 кВ достигает 10 мкс и более.
Максимальное напряжение на тросах при ударе молнии в грозозащитный трос определяется только длиной пролета независимо от класса напряжения линии.
Испытательные напряжения полного грозового импульса 1,2/50 мкс не имеют отношения к реальным условиям работы изоляции воздушных линий электропередачи.
При анализе условий работы изоляции оборудования подстанций установлено, что применение нелинейных ограничителей перенапряжений вместо разрядников существенно изменяет форму воздействующих грозовых перенапряжений. При установке ОПН на защищенных подходах к подстанциям практически исключается возможность появления на подстанциях срезанных волн грозовых перенапряжений, в значительной степени определяющих изоляцию трансформаторов.
Для изоляции оборудования подстанций класса 110...220 кВ испытательные напряжения полного грозового импульса 1,2/50 мкс можно считать соответствующими реальным воздействиям грозовых перенапряжений. Для изоляции оборудования высших классов напряжения форма испытательного полного грозового импульса напряжения не соответствует действительным воздействиям и должна быть пересмотрена.
Не соответствуют реальным воздействиям и нормированные испытательные токи молнии через нелинейные ограничители перенапряжений, которые чрезвычайно завышены.
Изложенный в книге материал может помочь специалистам в разработке оптимальных способов молниезащиты и совершенствовании методов испытаний изоляции линий электропередачи и высоковольтного оборудования подстанций.