КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Электромагнитное поле тока молнии при ударе в землю
ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ при ударах молнии Молния является наиболее мощным естественным источником электромагнитных возмущений. В настоящее время получены достаточно достоверные сведения по основным параметрам молнии (амплитуда тока, крутизна фронта, параметры грозовой активности и т.д.) для положительных и отрицательных ее импульсов при любом возможном механизме их образования. При рассмотрении вопросов ЭМС следует иметь в виду, что молния и связанные с ней электромагнитные поля оказывают сильное влияние в месте удара и вблизи него. При разработке устройств внутренней молниезащиты учитывают максимальное значение и крутизну нарастания тока. В каждом конкретном случае могут быть рассчитаны электрические и магнитные поля, связанные с полным током молнии или токами в заземляющем устройстве, а также индуцированные ими токи и напряжения в цепях автоматизированной системы технологического управления электротехническим объектом. При этом необходимо учитывать такие факторы, как удаление от места удара молнии, конфигурацию приемной системы, характеристики зданий, заземляющих устройств и др.
Для расчета электрических и магнитных полей, создаваемых током молнии на уровне земли на различных расстояниях от места удара, используется рис. 1.4. Формулы для расчета напряженности электрического поля и индукции :
;
, где - ток молнии; - электрическая и магнитная постоянные; - скорость света в вакууме.
Рис 1.4. Положение канала молнии при оценке электрического и магнитного полей, создаваемых током молнии
Существуют различные модели расчета зависимости базирующиеся на экспериментальных данных. С помощью уравнений Максвелла можно рассчитать электрические и магнитные поля на уровне земли на расстоянии от канала молнии. При этом делается допущение о том, что канал молнии представляет собой вертикальную антенну высотой , поверхность земли имеет нулевое сопротивление, а радиус поперечного сечения канала молнии много меньше, чем минимально возможная длина волны тока молнии. На рис. 1.5 показаны типичные результаты измерений вертикальной составляющей напряженности электрического поля и горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля полученные одновременно на расстоянии 5 и 50 км от первого удара и последующего обратного удара молнии. На основе выполненных исследований были определены следующие характеристики электрических и магнитных полей, создаваемых током молнии: вертикальная составляющая напряженности электрического поля и горизонтальная составляющая напряженности магнитного поля на порядок и более превышают горизонтальную составляющую напряженности электрического поля и вертикальную составляющую напряженности магнитного поля ; вертикальная составляющая электрического поля и горизонтальная составляющая магнитного поля представляют собой кривую с очень крутым первым фронтом, за которым следуют всплески с гораздо менее крутым фронтом (см. рис. 1.5). Первый фронт обоих компонентов имеет одинаковую крутизну и представляет собой так называемую излучаемую составляющую поля, затухающую обратно пропорционально расстоянию (). Последующие фронты (всплески) соответствуют емкостной и индуктивной составляющим, которые уменьшаются с увеличением расстояния быстрее чем пропорционально - и соответственно. С дальнейшим увеличением расстояния до нескольких десятков километров излучаемая составляющая становится преобладающей, а вертикальная составляющая электрического поля
Рис. 1.5. Результаты измерений вертикальной составляющей напряженности электрического и горизонтальной составляющей напряженности магнитного полей: а – на расстоянии 5 км от места удара; б – на расстоянии 50 км от места удара
и горизонтальная составляющая магнитного поля становятся взаимосвязанными через волновое сопротивление вакуума, равное Ом. Максимальная крутизна первого фронта кривой напряженности электрического поля является очень важной величиной. Эта величина пропорциональна наибольшей крутизне фронта тока молнии :
,
где - скорость фронта волны тока молнии, с. Крутизна тока молнии согласно последним измерениям может доходить до 300 кА/мкс. В наиболее известных документах СИГРЭ и МЭК, посвященных этому вопросу, приводятся значения крутизны фронта тока на уровне 200 кА/мкс с вероятностью того, что эта крутизна будет превышена не менее чем на 0,01. Рассчитанные максимальные крутизны первого фронта кривой электрического поля молнии во время разряда могут удерживаться в течение нескольких сотен наносекунд. Токи разрядов между облаками вызывают появление значительно более слабых электромагнитных полей по сравнению с токами разрядов в землю. Так, напряженность электромагнитного поля вблизи разряда между облаками сопоставима с напряженностью поля основного разряда. В связи с этим разряды между облаками представляют интерес только для аэронавигации. Оказалось, что при протекании обратного тока молнии и токов разряда между облаками, при рекомбинации зарядов и развитии лидера генерируются электромагнитные поля в диапазоне очень высоких (ОВЧ) или ультравысоких (УВЧ) частот. На рис. 1.6 приведена кривая Пирса, представляющая собой кривую напряженность электрического поля тока молнии
Рис. 1.6. Усредненный спектр амплитудных значений напряженности электрического поля, образующегося при разряде молнии на расстоянии 10 км (кривая Пирса) по данным исследований различных авторов (измеренную с учетом всех вышеупомянутых составляющих) в диапазонах частот от 1 кГц до 1 МГц при обратном разряде и от десятков мегагерц до гигагерц при рекомбинации зарядов либо развитии стреловидного лидера.
Дата добавления: 2014-01-06; Просмотров: 4340; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |