55 разряда

Рис. 3.12. Стадии образования блуждающих волн напряжения в проводе воздушной линии связи при разряде грозового облака на землю:

а - до разряда; б - после

Если длина провода линии связи, как это бывает в большинстве случаев, значительно превышает длину заряженного облака и при этом провод плохо изолирован от земли, отрицательные заряды, уходя вправо и влево от участка воздействия грозового облака, постепенно стекают в землю. Связанный же облаком положительный заряд останется на проводе. При этом его потенциал будет равен нулю до тех пор, пока не начнется разряд облака (рис. З.Г2). При разряде облака на землю заряд облака и электрическое поле между облаком и землей исчезают. Заряд на проводе, оказавшись свободным, тут же начинает двигаться вправо и влево от места своего возникновения, создавая тем самым волны напряжения и тока в линиях связи. Такова физическая жартина возникновения индуцированных зарядов и волн в линиях связи под действием электрического поля грозового облака, представленная в [7, 10].

Внешнее электрическое поле грозового облака создает вертикальную и горизонтальную продольную составляющие напряженности электрического поля, под воздействием которых в проводах линий связи возникает переходной процесс.

Воздействие магнитного поля- канала молнии на воздушную линию обусловлено изменяющимся во времени магнитным пото-icoM, пронизывающим контур провод - земля и в значительной

/7с/мя связи

Поверхность Земли

Рис. 3.13. К определению индуцируемых напряжений в воздушной линии связи прн близком ударе молнин в землю

мере зависящим от вида разряда ( облако - земля или облако - облако ).

Индуцируемые напряжения в линиях связи при разряде молнии в землю. Рассмотрим вертикальный канал молнии с током Л, я расположенную вблизи него линию связи с высотой подвеса h над поверхностью земли (рис. 3.13).

Так как канал молнии направлен вертикально, векторный потенциал также направлен вертикально и магнитная составляющая .напряженности электрического поля Ек=Е,у = дАу1д1 не имеет (горизонтальной составляющей. Электрическая же составляющая а-иряженности электрического поля направлена под .некоторым уг-.лом к вертикали, поэтому она помимо вертикального слагаемого Еэу = -<5ф/% будет иметь и продольную компояенту Еэх=-дср/дх, .направленную вдоль провода линии. Для нахождения вызванного -ею переходного процесса в линии можно воспользоваться обычным телеграфным уравнением

дх с dt дх

решение которого описывает бегущие по линии волны напряже-иия

и, {X, t)±:- I [т, X ± с {t-T)] dT. о

Результирующее напряжение относительно земли в любой точке линии

u{x,t) = 4>{x,t) + uAx,t) + u .,{x,t), (3.21)

где (р{х, t)=-j figjdt/ -скалярный потенциал .внешнего электрического поля; иэ{х, /)-бегущая по линии волна напряжения; Ии.м= i Ettydl - напряжение, созданное .внешним магнитным полем.

Первые два слагаемых в (3.21), представляющие собой скалярный потенциал внешнего электрического поля и реакцию линии на это поле, совместно определяют электрическую составляющую индуцируемого напряжения; третий член представляет магнитную составляющую индуцируемого напряжения.

Решение для бегущей по линии волны индуцируемого напряжения от электрической и магнитной составляющих поля было получено Д. .В. Разевигом [7]. В частности, при прямоугольной волне тока молнии для ближайшей к месту разряда точки

И.Э (О, t) = 5. - [т - уЩГтт] -

где /м - амплитуда тока молнии, к; v - скорость развития обратного разряда, м/с; b - минимальное расстояние от канала молнии

и.м (О, t) =

60 аЛ

(3.23)

до ЛИДИИ связи, м; р = и/с - скорость обратного разряда (см. табл. 11.1).

Если фронт тока молнии имеет линейную крутизну с, как это бывает в действительности, а ток молнии изменяется по закону iMit)=at, то электрическая и магнитная составляющие индуцируемого в линии напряжения для точки, ближайшей к месту разряда молнии, имеют вид

60aft ry(ct/bf+l - -( ct/b) 1 -p2

i + P

Выражение (3.23) приведено для itф+ (b/c). В том случае, когда >Тф+(Ь/с), решение находится наложением двух косоугольных форм тока, соответствующих подъему и спаду реального тока молнии с соответствующим сдвигом по времени.

На рис. 3.14 и 3.15 в качестве примера приведены суммарные индуцируемые напряжения в линиях связи в зависимости от влияющих факторов: скорости обратного разряда и расстояния до места удара молнии в землю.

Показано [7], что для расстояний bminvxф амплитуда индуцируемого в линии напряжения практически не зависит от длительности фронта волны тока молнии обратного разряда тф-

Если принять во внимание избирательные свойства молний, то воздушная линия будет иметь некоторую защитную зону - минимальное расстояние по обе стороны от трассы линии, ближе которого разряд молнии осуществляете непосредственно в линию

Зона защиты для линии зависит от высоты ее подвеса и равна 3... 4Л. Для стандартной грозовой волны, средних высот подвеса и скоростей обратного разряда Р=0,1 ...0,3 зона защиты линии л bmin оказываются величинами одного порядка. Следовательно,

200- 1 7К I I \ I 2i?0i

Рис. 3.14. Суммарное индуцируемое напряжение в воздушной линнн связи в зависимости от скорости обратного разряда р при Л=5 м; а= =20 кА/мкс; Ь=30 м; /ы=30 кА; Тф = 1,5 мне:

7 -Р=0,1: 2-р-0.2; 3-Р=0,3; 4 - Р=.0,4

Рис. 3.15. Суммарное индуцируемое напряжение в воздушной линии связи в зависимости от расстояния до места разряда молнии b при /г=5 м: а=20 кА/мкс; /м=30 кА; Тф = 1,5 мне; Р=0,1:

; Ь 30 м; 2-Ь-ЮО м; 3 - 6=300 м