Характеристики воздействия молнии на объекты

Параметр	Максимальный ток, Imax	Крутизна тока	Заряд	Интеграл
Значение	2-200 кА	2-200 кА/мкс	150-300 А×с	2,5-10 МДж/Ом
Воздействие в точке удара	Повышение потенциала относительно удаленной земли	Индуктирование напряжения в петлях	Плавление металла в точках удара	Нагрев проводников, по которым протекает ток молнии
Примеры			При Q=300 Кл плавятся алюминиевые стенки толщиной до 5 мм	При W/R=10 МДж/Ом плавятся медные провода сечением 10 мм2 и стальные сечением 25 мм2

С точки зрения электромагнитной совместимости интерес представляет то обстоятельство, что при ударе молнии в заземляющее устройство его потенциал относительно удален­ных точек земли может повыситься до миллиона вольт, и что в петлях, образованных сигнальными кабелями и проводами, связывающими различные объекты, в том числе и в линиях систем электроснабжения, передачи данных, в зависимости от размеров петель и расстояний до места удара, могут индуктироваться напряжения от нескольких десятков вольт до многих сотен ки­ловольт.

В дополнение к этому на рис. 4.4 приведены статистические данные о максимальном значении и крутизне токов молнии.

Р и с.4.4. Распределение вероятности Р,%,:
а – максимальных значений токов молнии I_max; б – крутизны тока молнии :
1 – статистическая обработка с учетом длительностей крутизны в микросекундном
диапазоне; 2 – то же, в наносекундном диапазоне

При удаленных ударах молнии, например при разрядах на линии среднего напряжения или при междуоблачных разрядах, индуктированные перед разрядом заряды на линиях электро­передачи освобождаются. В этом случае вдоль линии с большой скоростью распространяется волна перенапряжения. При до­стижении подстанции, которая питает сеть низкого напряже­ния, перенапряжения ограничиваются либо электрической прочностью изоляции, либо остающимся напряжением защит­ных разрядников, до нескольких десятков киловольт. Если у объекта отсутствуют защитные устройства, ограничивающие перенапряжения, то могут происходить неконтролируемые пе­рекрытия и пробои в слабых местах изоляции или, в ряде случаев, нарушения функционирования электрон­ного оборудования из-за проникновения помехи через систему его питания.

Любая молния и любой ток в проводах, обусловленный мол­нией, вызывают переходные электромагнитные поля, которые могут вызвать в электрических контурах напряжения с мешаю­щими или разрушающими последствиями.

В связи с опасностью грозовых разрядов реализуется кон­цепция двухступенчатой защиты посредством так называемых внешних и внутренних мероприятий по молниезащите. Внеш­няя молниезащита охватывает все мероприятия, направлен­ные на то, чтобы организовать отвод тока молнии так, чтобы внутри здания не возникали высокие разности потенциалов и сильные электромагнитные поля помех. Внутренняя мол­ниезащита должна снизить до приемлемых уровней остающиеся воз­действия на объекты внутри помещения.

4.3. Внутренние источники электромагнитных помех

Причинами появления внутренних помех в энергетических установках (в системе), т.е. взаимного влияния конструктивных элементов систем электроснабжения, приборов, являются:

- напряжение питания с частотой 50 Гц;

- изменения потенциала в сетевых проводах питания уст­ройств энергетики и электроники;

- изменения сигналов в проводах управления или линиях пе­редачи данных;

- высокочастотные или низкочастотные тактовые сигналы;

- коммутационные процессы в индуктивностях, емкостях цепей, а также, например, в герконах на печатных платах;

- магнитные поля ходовых механизмов коммутационных аппаратов;

- искровые разряды при замыканиях и размыканиях контактов;

- резонансные явления при замыкании контактов и т.д.

Кроме того, в устройствах автоматизации могут возникнуть и другие электрические факторы, которые станут причиной нарушения функционирования. Это – переходные сопротивле­ния в контактах, «шумы» активных и пассивных элементов, дрейф параметров элементов, разброс времени коммутации в логи­ческих устройствах, исчезновения сигналов при передаче, явления отражения в линиях, вибрации и микрофонный эффект в контактах, пьезоэлектрические смещения зарядов при сжатии и изгибах изоляции, например, заряд помехи при изменении силы составляет, примерно, , а также контактные напряжения, схемоэлектрические и термоэлектрические эффекты в точках соединения проводников из различных материалов. Например, каждое место спайки, скрутки или резьбовое соединение двух различных материалов представляет собой термоэлемент, термонапряжение которого изменяется примерно до 40 мкВ при изменении температу­ры на 1°С.

Эти возможные паразитные эффекты необходимо учитывать при разработке и изготовлении электронных средств автома­тизации и соответствующими мерами, например подавлением, необходимо ограничитьих влияние.

4.4. Электротехнические электромагнитные помехи

Необозримо число и разнообразие электрических и электронных средств, предметов широкого потребления, устройств, служащих для производства, передачи, распределения электроэнергии и превращения ее в другие виды энергии и используе­мых в электроэнергетике, электротехнологии, информационной и вычислительной технике, электромедицине, канцелярском деле и домашнем хозяйстве. Практически во всех этих устрой­ствах и приборах протекают нормальные и аварийные (переходные) электромагнитные процессы, являющиеся потенциальными источниками помех.

Нормальные электромагнитные процессы, характеризуемые помехами в областях низких, средних и высоких частот от нескольких Гц до 100 ГГц, создаются всеми устройствами электроснабжения переменного и многофазного напряжения; выпрямительными приборами и устройствами; кабелями и воз­душными линиями электропередачи низкого, среднего и высо­кого напряжений; коллекторными и коммутационными системами электрических машин; люминесцентными лампами; коммутационными сетевыми устройствами; компьютерными си­стемами; диатермическими устройствами; установками индукционного нагрева, сварки; устройствами радиосвязи; радиопереговорными аппаратами; системами радиоуправления; переносными телефонами и многими другими видами аппаратуры.

В табл. 4.2…4.4 приведены ориентиро­вочные значения параметров создаваемого различными источ­никами электромагнитного поля промышленной и высокой частоты [1].

Таблица 4.2