Вебинар "Что нужно рассчитывать для разрешения проблемы электромагнитной совместимости с грозовым электричеством", страница 2

Текст вебинара. Страница 2

Быстрая навигация по слайдам:

- Теперь как быть с подземной коммуникацией? Можно сделать все тоже самое, что и с воздушной. Взять коммуникацию с её индуктивностью, она у неё есть и заменить сопротивлением утечки, потому что коммуникация лежит в земле и с неё ток все время стекает в землю. Но такая замена дает решение очень далёкое от реальности, потому что когда ток молнии входит в коммуникацию, эта утечка, действуя сначала на длине в 1 см, потом в 1 м, потом в 10 м, потом в 20 и так далее, то есть получается, что индуктивность и сопротивление распределены в пространстве. Это получается, что уравнение, которое здесь надо писать, надо писать уравнение в частных производных для линии с распределенными параметрами. И это решение так лихо, как я сделал уже не сделать. Решать эту задачу надо численным методом, решая уравнение в частных производных при помощи компьютера. И вот я показал сейчас это решение, сделанное для коммуникации длиной в 100 метров, которая заложена в грунт с удельным сопротивлением в 100 Ом*м имеет сопротивление заземления на одном конце 10 Ом, а на другом конце 1 Ом. И посмотрите, ток подземной коммуникации составляет не обещанные ГОСТом 17%, а почти 40%, а в другом варианте эта цифра может дойти и до 50% – 60%. Как здесь быть? Вы знаете, заменить решение уравнения в частном производном таким лихим наскоком, который я предложил для воздушной линии не возможно. Что мы гарантируем? Мы гарантируем следующее: в той книге, которую сегодня издает Проект ZANDZ, будет возможность использовать три программы, которые будут доступны хозяевам этой книги. Эти программы будут установлены на сайте фирмы, а в книге будет рассказан доступ к этим программам бесплатный. И мы программы предоставляем бесплатно.

Необходима программа!

И вы сможете решить такую задачу, если вам нужно бесплатно, причем задачу, которую вам придется решать вместо того, что здесь показано, взятой из ГОСТа, где по 17% коммуникации и по 50% заземлитель. Смотрите, что получается на самом деле в решении, которое я привёл для примера. В линию вместо 16%  попало 40%, в подземную коммуникацию вместо 17% попало 58%, а в сток в заземлителе объекта – это примерно 38%, причем он очень быстро спадает. Такая ситуация получается вместо того безобразия, которое дает как типовое решение ГОСТ. И естественно для любых реальных коммуникаций с помощью этих программ, вы можете получить такого сорта расчётные кривые для того случая, который вас интересует. Когда я писал эту книгу, руководство фирмы мне гарантировало, что такая возможность у вас будет.

ЭДС магнитной индукции - элементарная оценка

Теперь идем дальше к индуцированным перенапряжениям. ЭДС магнитной индукции – что есть в ГОСТ? В ГОСТах есть простая вещь, в ГОСТ написано, что магнитная индукция от тока определяется магнитной проницаемостью и расстоянием от тока до того контура, в котором ищется ЭДС магнитной  индукции. Эта формула фигурирует во всех руководствах. Кстати она фигурирует и в элементарном учебнике по физике для средней школы. И верна эта формула только вот в каком случае, если у вас тот контур, в котором вы рассматриваете задачу, он имеет ширину, которая намного меньше этого расстояния до проводника с током, а длина этого контура намного меньше длины проводника с током. То есть иными словами все это верно только для бесконечного по длине источника тока. И тогда ЭДС магнитной индукции вы можете определять совершенно элементарно, используя производную тока и используя два размера. Один размер – это длина контуров, которые вы ищите в ЭДС магнитной индукции и другой размер – это ширина контуров, которые вы ищите для ЭДС магнитной индукции. Например, таким контуром может быть обычная пара проводников – плоская пара, которая лежит на земле, подвешена к стене или что-нибудь в таком духе. Вопрос в другом, вопрос вот в чем: а что будет, если эта пара будет лежать не параллельно, как здесь сейчас нарисовано, а будет наклонена по отношению к осевой линии (вот так на угол α)? Тоже понятно, что будет.

Погрешность элементарных оценок

Оказывается вот какая вещь: оказывается, что формула очень мало чувствительна к соотношению размеров расстояния до контура и ширины контура. Посмотрите, даже если эти два расстояния будут равны друг другу, погрешность инженерного расчёта окажется равной всего 10%. Можно пойти на такую погрешность? Я думаю, конечно, можно. Потому что измерения тока молнии производятся с большими погрешностями. А теперь еще один вопрос, посмотрите, если ситуация такая: проводник с током и контур, контур теперь не параллелен этому проводнику, он наклонен, и два разных расстояния, можно ли теперь пользоваться этой самой элементарной, примитивной формулой? На мой взгляд, риска делать это дело, нет никакого. Нужно просто вместо расстояний D₁ и D₂ взять среднюю геометрическую этих расстояний, которая здесь показана. И спокойно использовать эту самую расчётную формулу, и уверяю вас, ошибка будет у вас вполне в приемлемых пределах. И наконец, такой вопрос: а если этот контур в виде змеи? Посмотрите, так как я нарисовал здесь, он по-разному изогнут. Снова можно использовать эту самую формулу только вместо произведения длины на ширину нужно подставить площадь сечения этого контура S. Если вы подставите вместо произведения длины на ширину это расстояние S, и поставите средний геометрический размер D, то у вас снова получится вполне приемлемый результат. И уверяю вас, что никто в ваших расчётах особенно сомневаться не будет, они вполне приемлемые.

Расчётная формула

А теперь еще один вариант, с которым приходится иметь дело. Теперь проводник с током у меня направлен перпендикулярно контуру, который меня интересует. Возьмите мысленно и поверните эту картинку на 90°, ток будет течь по каналу молнии. А этот контур будет линией электропередачи, которая уходит от этого контура вдаль. Это вполне реальная ситуация, с которой нужно считаться. Тогда снова появляется элементарное расчётное выражение, в котором появляется отношение двух расстояний первого и второго и логарифм этих отношений дает величину ЭДС магнитной индукции. Например, представьте себе, что у вас молния ударила на расстоянии 50 метров от линии электропередачи, воздушными обычными проводами с расстоянием между проводами примерно 50 см, а длина этой линии 100 метров. Если вы возьмете максимальную расчётную скорости роста тока молнии 2х10¹¹А/с, то эта формула даст вам ЭДС магнитной индукции 22 кВ, которое сожжет все, что подключено к этой линии. Я вам могу сказать, что формула работает совершенно правильно, потому что я выложил 5000 рублей за ремонт тех самых приборов, когда произошло это около моего дома в Подмосковье. А еще один вариант я вам хочу показать, потому что ко мне пришёл сотрудник института и сказал: «Ты понимаешь что-нибудь в молниезащите?». Я говорю, что вроде что-то понимаю. Пришёл человек: «В мой дом ударила молния!». Я говорю: «Очень хорошо». «У меня было зарядное устройство, которое я включил в розетку в доме, а аккумулятор заряжался в гараже. Когда началась гроза, я розетку выключил, у меня зарядное устройство было выключено. Розетка лежала на земле». Я говорю: «Ну и что?». «Сгорело зарядное устройство новое и дорогое!». Смотрите ситуацию: могла сгореть выключенная система? Вот удар молнии, расстояние D где-нибудь около одного метра, длина проводов, которые шли в гараж у него примерно 40 метров. Если подставить всё это сюда в формулу, то получится, что у него в этом самом контуре навилось примерно 1,5 кВ напряжения. Что дальше получилось? Дальше получилась следующая вещь: из-за того, что изоляция в вилке очень плохая между контактами, там перекрыло этими 1,5 кВ и все эти 1,5 кВ тогда легли на первичную обмотку трансформатора, от которого формировалось постоянное напряжение питающий его аккумулятор.

 Почему полученные оценки - это оценки сверху

Самое главное заключается вот в чём: что все те оценки до единой, которые я сейчас показал по ЭДС магнитной индукции, все эти оценки нужно рассматривать как оценки сверху. Они дают завышенные значения ЭДС индукции. Почему завышенные? И надо это обязательно понимать. 

- Эдуард Меерович, здесь я предлагаю остановиться, сделать паузу и ответить на вопрос. Я думаю, что на него лучше сходу ответить.

- Давайте.

- Шамиль задает вопрос: «Подскажите, почему не учитывается ёмкостное сопротивление? Например, при расчёте ТКЗ однофазного замыкания на землю (мы же можем условно принять, что удар молнии схож однофазным замыканием на землю – имея ввиду путь распространения)? Так же подскажите, гармоническая составляющая молнии насколько разнообразна и это как-то нужно учитывать на индуктивном сопротивлении?»

- Давайте говорить вот о чем: почему я нигде не учитываю ёмкостную утечку? Начнём с простого, начнём с воздушной линией электропередач. Есть там ёмкостная утечка? Конечно, есть. У воздушной линии электропередачи ёмкость на землю – это очень грубо 10 пФ/м. Значит, у стометровой линии электропередачи у вас будет 1000 пФ – это 10^-9Ф. Если я посчитаю это сопротивление даже для эквивалентной чистоты 1МГц (фронт тока молнии), то это будет величина, которая будет находиться где-нибудь на уровне 1000 Ом. Тогда как сопротивление заземления по концам линии – это максиму 10 Ом, потому что большего сопротивления заземления не допустит Госэнергонадзор. И это значит, что учет этой индуктивности в схеме замещения – это просто ловля блох. Если вы хотите их ловить – пожалуйста, не будет никакой проблемы. Вы даже ни на 1% не уточните результаты. А теперь давайте переходить в другую сторону, где не все так гладко. Теперь давайте возьмём подземную коммуникацию и возьмём в этой подземной коммуникации ёмкость на землю. Сравнивать нужно две вещи: сравнивать нужно ёмкостную утечку с единицей длины коммуникации и активную утечку с единицей длины коммуникации через удельное сопротивление грунта. Здесь мой коллега прав – в общем случае надо учитывать и в общем случае в схемах замещения с распределёнными параметрами учитывают ёмкостную утечку. Реально это надо делать вот когда, когда удельное сопротивление грунта больше приблизительно в 1000 Ом*м, тогда погрешность начинает находиться на уровне десятков процентов. И растёт по мере того, как увеличивается удельное сопротивление грунта. Здесь мой коллега совершенно прав. Но понимаете, какое дело? Я говорю об примитивных инженерных оценках и поэтому я об этом умолчал. Зацепили меня? И правильно и большое спасибо за это. Почему те оценки, которые я сделал это оценки сверху? На самом деле действуют два фактора. Фактор первый: канал молнии не является проводником неограниченной длины. На самом деле в канале молнии бежит волна тока от точки её удара вверх к облаку. И постепенно эта волна заполняет канала молнии и по этой причине магнитное поле этого канала постепенно нарастает во времени. Оно нарастает тем медленней, чем дальше находится точка регистрации от канала. Вот форма магнитного поля на расстоянии 10 м, а вот форма магнитного поля на расстоянии 100 метров. Чем дальше, тем более пологим становится фронта. И эти вещи не учитывает эта упрощенная модель и поэтому оценка для неё получается всегда такой, а этот провал не учитывается. И второй момент: любые реальные коммуникации, которые находятся на территории вашего объекта, имеют конечную длину. И из-за того, что они имеют конечную длину, магнитное поле определяется через разность косинусов, которая здесь показана. И не учитывая этого обстоятельства, тоже завышает ЭДС магнитной индукции. И есть, наконец, третий фактор, который существует, я сейчас вам его покажу.

Изменение крутизны фронта волны тока молнии

Третий фактор, который существует, он вот какой. Когда волна тока бежит по каналу молнии, она бежит по проводнику с совсем немалым сопротивлением, потому что это хоть и горячая плазма, но это все-таки низкотемпературная плазма с температурой в 20 – 30 тыс. градусов и её проводимость вполне конечна. И поэтому та волна, которая бежит по тому самому плазменному каналу, она все-таки постепенно затухает. Смотрите, производная этой волны на расстоянии 100 метров была одной, а на расстоянии 500 метров другой, а это снова не учитывается в этих элементарных формулах. Поэтому если вам нужно считать с очень высокой точностью, то все это надо принимать во внимание. Надо было бы принимать во внимание, если бы мы точно знали параметры тока молнии и параметры этой бегущей волны, но они не очень сильно известны, очень неточно и поэтому такое уточнение – это все-таки «ловля блох». Лучше делать оценку сверху и быть уверенным в тех средствах, которые вы поставите по этой оценке сверху. И этот момент, на мой взгляд, самый главный.

Как считать ЭДС магнитной индукции в общем случае

А теперь я вам хочу показать еще одну вещь, которая, мне кажется, очень важна для вас и она учтена в тех программах, которые мы предполагаем для книги. Представьте себе, что вы считаете ЭДС магнитной индукции на территории какого-то объекта. Вам надо рассчитать токи во всех проводниках, рассчитать магнитное поле от каждого тока, векторно сложить эти магнитные поля, дальше посчитать магнитный поток, который проходит через контур, где вы рассматриваете ЭДС магнитной индукции, найти этот магнитный поток, продифференцировать его во времени и тогда вы получите ЭДС магнитной индукции.

Как считать ЭДС магнитной индукции (менее затратный метод)

Этот подход я исповедовал сам, я считал, что так и надо поступать и программу писал примерно такого сорта, пока один очень формализованный человек, который очень не любил лишние работы, сказал мне примерно следующие слова: «Зачем вы это делаете? Не надо этого делать, совсем не надо!». Почему? И обратил моё внимание вот на какую вещь, смотрите, на что он обратил внимание: один проводник с током и другой проводник, в котором этот ток наводит ЭДС магнитной индукции. Как он её наводит? Если я знаю взаимную индуктивность между этими проводниками, то ЭДС магнитной индукции будет взаимной индуктивностью умноженной на производную тока во времени. Если таких проводников много, то надо найти ЭДС взаимной магнитной индукции со всеми проводниками. Для этого есть книга расчёта индуктивностей, в которой существуют все формулы для расчётов взаимных индуктивностей по любому расположенных проводников. Дальше возьмите эти составляющие, просуммируйте их с учетом алгебраического знака и вы получите ЭДС, которое действует в контуре любой формы, какой хотите. Когда мы сделали программу и сравнили две программы, мы удивились, дают они абсолютно одно и то же, но такой расчёт несоизмеримо наиболее прост, несмотря на то, что расчёты некоторых взаимных индуктивностей требуют четырёхэтажных формул. Для того чтобы не забивать вам голову такими формулами, мы сделали программу и передаем эту программу, где вам эти индуктивности не нужно будет считать. Вы просто вводите туда нужные токи и тут же получаете ЭДС магнитной индукции в нужном вам виде. Это то, что мне очень хотелось, чтобы было вашим инструментом и эта работа стоит того, чтобы её обязательно выполнять.

Электростатическая индукция

И наконец, последний момент, на котором хоть я и приготовил все подходы, но не хочу делать вот по какой причине: есть еще ЭДС электростатической индукции, о ней говорилось на прошлом вебинаре. И на прошлом вебинаре говорилась вот какая вещь: если у вас есть объект наземный, который заземлён через сопротивление заземления и у вас где-то рядом движется канал молнии, то этот канал молнии наводит за счёт электростатической индукции заряды. Эти заряды вытекают из земли на поверхность этого проводника. Но из-за того, что канал молнии движется медленно, то и заряды вытекают медленно и никакого перенапряжения от этого не получается. Ток, который течёт через заземлитель, получается маленьким, но когда канал дорастёте до земли, и его заряд нейтрализуется, то это происходит в микросекундном диапазоне времени и теперь электрическое поле исчезает быстро. И этот наведенный заряд быстро стекает в землю и от этого получается ЭДС электростатической индукции. И теперь это уже приличный ток килоамперного уровня и приличный ЭДС магнитной индукции. Но все это считать невероятно сложно. Невероятно сложно из-за того, что нужно знать реальную траекторию молнии, а она не известна. Нужно знать погонный заряд, который тащит за собой молнии, а это тоже тяжелая задача. И все это дело можно написать длинной формулой, и они в этой презентации написаны, но толку от них мало вот по какой причине: я не знаю, какова достоверность всего, что я написал. Но что мне известно? Мне известна следующая вещь: мне известно, что если молния несет заряд Q, то намеренный электростатический заряд будет заведомо меньше этого заряда Q. А это значит, что ток электростатической индукции, который течёт через заземлитель и создаёт перенапряжение, будет меньше тока молнии и это значит, что в расчётном случае будет просто ударом молнии в это сопротивление, когда её ток течёт через заземлитель объекта. И тогда незачем считать эти электростатические индуцированные перенапряжения. Считайте просто перенапряжения от прямого удара молнии в объект, и все будет хорошо. Понимаете?

- Эдуард Меерович, у нас есть с вами несколько вопросов.

- Давайте, я закончил. Большое спасибо! Давайте вопросы.

- Хорошо, переходим сразу к вопросам, не будем время терять. Единственное скажу, что если мы не успеем ответить на какие-то вопросы…

- Я отвечу письменно обязательно!

- Хорошо. Вадим задает два вопроса: «В случае каких-либо споров в суде и при экспертизе мы вынуждены ссылаться на какие-либо нормативные документы?»

- Отвечаю на вопрос: у нас есть те нормативные документы, которые я процитировал. Вы обязаны следовать нормативным документам, но не их приложениям! А все эти чудо расчётные формулы, о которых я говорил, они существуют в приложениях. И поэтому они не являются основанием для того, чтобы вы ими пользовались. Понимаете? Поэтому при юридическом рассмотрении вас никто не схватит за руку в этом отношении. А что касается теоретических основ электротехники, то я их нигде не нарушал. Еще вопрос.

- Вадим задает вопрос: «При реальных расчётах, где брать значения индуктивностей объектов?».

- Я еще раз говорю, индуктивность объектов – это расчётный элемент. Брать надо не индуктивность объектов, а чаще всего брать надо индуктивности проводников, по которым течет ток молнии, эти величины все существуют в справочниках. И один из справочников я показал специально, потому что это очень универсальный справочник, где можно найти практически все.

- Спасибо. Следующий вопрос задает Константин Федорович: «Эдуард Меерович, ваш вебинар полностью касается проектирования систем молниезащиты. А как быть, если в порядке текущей эксплуатации, появились условия для защиты от поражения разрядом молнии существующего оборудования (реконструкция сетей, к примеру) достаточно ли будет выполнить условия, изложенные в пункте ПУЭ 1.7.82?».

- Я не знаю, что изложено в ПУЭ 1.7.82, просто я не помню на память, но весь следующий семинар от начала до конца будет о том, как защищать конкретное оборудование. От начала и до конца, ничего другого там не будет.

- Спасибо. Пользуясь случаем, еще раз отправлю ссылку в чат на регистрацию на следующий вебинар. Уважаемые коллеги, пожалуйста, регистрируйтесь. Идем к следующему вопросу. Задает его Денис: «Если объект имеет форму пирамиды и полностью будет обшит стеклом, правильно ли будет пустить токоотводы под профильные крепления фасадной обшивки? Или какой вариант можете предложить для защиты такого объекта?».

- Вы знаете, какое дело, если у вас будет объект в виде пирамиды, который будет полностью обшит стеклом, стекло будет наверняка держаться на металлической арматуре, другого сделать ничего нельзя. Используйте эту арматуру для отвода тока молнии. А рассчитать магнитное поле внутри и ЭДС магнитной индукции для такой системы вполне реальная вещь.

 - Спасибо, Эдуард Меерович. Насколько я понимаю, мы на все вопросы ответили. Большое спасибо вам за доклад. Участники, большое вам спасибо, что пришли сегодня на вебинар. Обязательно регистрируйтесь на наши следующие вебинары, если у вас остались какие-либо вопросы по этому вебинару или вообще по всей серии электромагнитной совместимости, то пожалуйста, отправляйте их нам на электронный адрес.

- Коллеги, у меня к вам просьба есть. Во-первых, Алексей, спасибо большое за помощь, она оказалась для меня очень важной. И у меня к слушателям вопрос, понимаете мне надо знать две вещи: мне надо знать, во-первых, что вам нужно больше всего, и, во-вторых, есть ли какая-нибудь отдача. Я говорю, и я не вижу вас. Если бы вы сидели передо мной, я бы по глазам увидел вам это важно или нет. Понимаете? Если вы напишите хотя бы несколько слов в оценку и спросите, что нужно для того, чтобы вебинары были более качественными, для меня бы это было бы очень важно. Не поленитесь, если это возможно напишите несколько слов, чтобы я понимал: в пустоту я говорю или это важно для практического дела. Большая просьба для меня. Спасибо!

- Эдуард Меерович, я здесь сейчас сразу добавлю, что комментарии поступают и пишут, что информация интересная и очень полезная и, безусловно, важная. Поэтому все в порядке, все, что вы говорите, все это людям интересно.

- Спасибо большое!

- На все вопросы, на которые мы не ответили в ходе вебинара, мы ответим в письменном виде, и это будет опубликовано на сайте. Большое спасибо и до скорых встреч!

- До встречи!

Спасибо за внимание!

Вебинар "Программное обеспечение для расчёта надёжности молниезащиты любого объекта за 30 минут." Страница 3 Вебинар "Молниезащита больших территорий: парки, площадки, территории заводов." Страница 1 Вебинар "Молниезащита больших территорий: парки, площадки, территории заводов." Страница 2 Вебинар "Молниезащита больших территорий: парки, площадки, территории заводов." Страница 3