Лабораторная работа № 6 Исследование зоны защиты тросовых молниеотводов

Цель работы:

виртуально:моделирование одно или двух тросовой системы защиты электрической подстанции, компьютерное построение картины электростатического поля, созданного грозовым зарядом;

аналитически:расчёт и построение зоны защиты молниеотводов, сопоставление и анализ полученных данных, разработка рекомендаций по выбору системы защиты.

1. Основы теории

При изучении теории обратить внимание на следующее. Идеальной тросовой защиты от молнии не существует. С той или иной степенью вероятности молния может прорываться в расчётную зону защиты молниеотвода. Предложенная ниже методика исходит из вероятности 0.01.

Для одиночного тросового молниеотвода высотой м зона защиты определяется формулой,h_a=h-h_x.

Для одиночного тросового молниеотвода высотой от 30 до 250 м зона защиты определяется формулой ; где. При этом верхняя часть зоны защиты усекается на величину.

Зона защиты двухтросового молниеотвода показана ниже. При высоте тросов более 30 м внешняя кривая защиты усекается на .

Внешняя кривая зоны защиты двух тросов рассчитывается также как и для единичного троса. Внутренняя кривая зоны защиты рассчитывается по дуге окружности, проходящей по осям тросов и средней точке между молниеотводами. Высота этой точки ,

где - расстояние между молниеотводами;

, прии, при.

2. Виртуальные исследования

Исследования полей проводятся на одной из моделей:

Рис. А. Модель однотросового молниеотвода

Рис. В. Модель двухтросового молниеотвода

3. Подготовка к работе

1. Получить у преподавателя данные по варианту исследования молниеотвода. Теоретически рассчитать требуемую высоту единичного тросового молниеотвода и высоту молниеотвода из двух тросов. Высоту двух тросового молниеотвода рассчитать для расстояний между тросами в 60, 70 и 80 процентов ширины защищаемого объекта.

2. Рассчитать защитную зону молниеотвода. Результаты расчёта в соответствующем масштабе нанести на план выбранной модели. Расстояние между вертикальными границами расчётной зоны модели принять не менее пятикратной ширины защищаемого объекта. Изобразить модель на бумаге в удобном масштабе.

3. Исследовать модель молниеотвода в программе FEMM.

4. Сопоставить результаты расчётов и опыта.

4. Виртуальные исследования

1. Запускаем программу

2. Создаем новый документ, выбираем Электростатическую задачу, тип поля – Плоскопараллельное;

3. Чертим заданную схему, совмещая нижнюю и левую границы рисунка с началом координат и осями Х-Y;

4. Для линии облачности и линии земли задаем граничные условия типа Константа с величинами потенциалов U1 и 0. Потенциал равный нулю также присваиваем тросу заземления.

Исследование модели с одним тросом

Активизируя кнопки вывода данных (серая или цветная решётки) вывести на планшете график эквипотенциальных линий (Серая решётка - 99 линий. Цветная решётка - все флажки снять).

Скопировать графики в свою папку (желательно в текстовом редакторе, где можно сделать и необходимый комментарий).

Исследование модели с двумя тросами

Смоделировать на планшете программы исследуемую установку в соответствии с планом модели. Задать материал среды – воздух, потенциал земли и троса равным нулю, потенциал линии облачности 1000 единиц. Все операции выполнять в соответствии с методикой, изложенной в руководстве по работе с программой.

Активизируя кнопки вывода данных (серая или цветная решётки) вывести на планшете график эквипотенциальных линий (Серая решётка - 99 линий. Цветная решётка - все флажки снять).

Повторить исследования при иных расстояниях между молниеотводами.

5. Оформление отчёта

Отчёт по работе выполнить в соответствии с общими требованиями по оформлению.

Сопоставить результат расчёта зоны защиты с эквипотенциальными линиями электростатического поля.

Сделать выводы об оптимальности экранирования.

6. Вопросы для самопроверки

1. Как изображается графически электростатическое поле?

2. Как по картине поля определяются характеристики поля?

3. В чём заключается принцип действия молниезащиты?

4. Как можно рассчитать зону защиты молниеотвода?

5. От чего зависит эффективность молниезащиты?

6. Как влияет расстояние между молниеоводами на эффективность молниезащиты?

7. Даёт ли молниезащита полную (100 процентов) гарантию защиты объекта?

Козырева Оксана Игоревна,

Фёдоров Виктор Николаевич