CC BY
65
УДК 621.311+551.594.221:551.506
А. В. Бурцев, Ю. М. Невретдинов
АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ РЕГИСТРАЦИЙ ГРОЗОВОЙ АКТИВНОСТИ НА КОЛЬСКОМ ПОЛУОСТРОВЕ В 2013-2014 гг.
Аннотация
Приведены результаты обработки регистрации грозовой активности на Кольском полуострове за период 2013-2014 гг. Отмечены значительные колебания грозовой активности, а также неравномерность распределения разрядов молнии по территории региона. Предложено при оценке эффективности молниезащиты объектов электроэнергетики в районах с низкой интенсивностью гроз применять показатель плотности разрядов на землю с учетом распределения их в конкретном регионе.
Ключевые слова:
Boltek StormTracker, разряды молнии, распределение разрядов молнии, плотность разрядов на землю.
A. V. Burtsev, Y. M. Nevretdinov
ANALYSIS OF REGISTRATION RESULTS OF LIGHTNING DISCHARGES ON THE KOLA PENINSULA IN 2013-2014
Abstract
Results of registration processing of storm activity on the Kola Peninsula during 20132014 are given. The considerable fluctuations of storm activity and non-uniformity of lightning discharges distribution are recorded in the region. It is offered to use a cloud-to-ground discharge density indicator taking into account their distribution in the region assessing lightning protection efficiency of power generation facilities in the areas with low thunder-storms intensity.
Keywords:
Boltek StormTracker, lightning, lightning distribution, lightning strike density.
Введение
С 2013 г. в Центре физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН ведется регистрация грозовой активности, которая показывает распределение плотности разрядов молний на территории Кольского полуострова и прилегающих территорий и акваторий [1, 2].
К особенностям Кольского региона можно отнести сложность реализации требований к исполнению грозозащитных мероприятий, таких как заземляющие устройства и тросовая защита, из-за низкой проводимости грунта. Интенсивность грозовой деятельности принято определять числом грозовых часов или грозовых дней в году, вычисляемым как среднеарифметическое значение за ряд лет наблюдений для определенного места земной поверхности. Грозовая деятельность для данного региона по нормативным документам (ПУЭ, РД) [3, 4] оценивается как низкая - от 20 до 30 грозовых часов для южной части региона и менее 10 для центральной и северной части. По данным эксплуатации грозовая активность может меняться от 10 до 45 грозовых часов в году [1]. При этом отмечается значительная неравномерность среднего числа грозовых отключений ЛЭП 110-330 кВ в регионе, что можно объяснить либо неравномерностью распределения разрядов молнии, либо различиями
34
эффективности грозозащиты линий. Очевидные расхождения сведений из ПУЭ и РД с эксплуатационными данными явились предпосылкой к началу исследования характеристик грозовой деятельности на территории Кольского региона.
В лаборатории ЦФТПЭС установлена система StromTracker канадской фирмы Boltek, которая предназначена для обнаружения атмосферных электрических разрядов (молний) на удалении до 480 км от места расположения базовой станции. Регистрация разрядов молний происходит круглосуточно в автоматическом режиме посредством программного обеспечения (ПО) NexStorm Lite фирмы Astrogenic, идущего в комплекте с системой StormTracker. Зарегистрированные события отображаются на карте в полярной системе координат, центром которой является г. Апатиты. Похожие системы длительное время функционируют в некоторых регионах России [5, 6], а также во многих странах мира [7]. В лаборатории ЦФТПЭС ПО, идущее в комплекте, используется исключительно для регистрации разрядов молний. Для обработки полученных результатов используются собственные программные разработки [8, 9]. Для определения числа грозовых часов и построения карты распределения грозовых часов разработан специальный алгоритм [10], согласно которому посредством перебора всех событий и всех ячеек рассматриваемой области определяется значение грозовых часов для каждой ячейки.
Результаты регистрации 2013 г.
По результатам регистраций длительность грозового сезона 2013 г. составила 100 дней. Начало сезона для Мурманской области определилось первой грозой 4 июня. Последняя гроза в области зарегистрирована 12 сентября. Статистические данные грозового сезона 2013 г. приведены в табл. 1.
Таблица 1
Статистика грозовых разрядов по месяцам 2013 г.
Период Разряды молнии на землю Междуоблачные разряды
CG+ CG- IC+ IC-
Сезон Всего разрядов молнии - 36233 (100 %)
7961(22 %)/(100 %) 28272 (78 %) / (100 %)
3124 4837 13676 14596
39.2 % 60.8 % 48.4 % 51.6 %
Июнь c 4 по 30 Всего разрядов молнии - 12749 (100%)
954 1910 4364 5521
7.5 % 15.0 % 34.2 % 43.3 %
Июль Всего разрядов молнии - 17573 (100 %)
1455 2380 7440 6298
8.3 % 13.5 % 42.3 % 35.9 %
Август Всего разрядов молнии - 5202 (100 %)
668 492 1585 2457
12.8 % 9.5 % 30.5 % 47.2 %
Сентябрь с 1 по 12 Всего разрядов молнии - 709 (100 %)
47 55 287 320
6.6 % 7.8 % 40.5 % 45.1 %
35
Как видно, число наземных разрядов составляет всего 22 % от общего числа разрядов. В среднем менее 40 % наземных разрядов имеет положительную полярность, что значительно превышает средний показатель 10 % [11].
По полученным за 2013 г. данным с использованием ранее разработанного программного обеспечения построена карта пространственного распределения грозовых разрядов (рис.1). Карта разбита на 900 ячеек - 30 по вертикали и 30 по горизонтали. Такой формат выбран для наиболее комфортного визуального представления данных. Площадь каждой ячейки составляет 711 км2 (квадрат со стороной 26.6 км). На карте показано число ударов молнии на землю (в пределах одной ячейки) за весь грозовой сезон.
Итоговые результаты показали значительную неравномерность распределения грозовых разрядов (от 0 до 18 ударов в ячейку). Основные зоны активности расположены в горном массиве Хибины и в северо-восточной части Кольского полуострова, а также прилегающей акватории Баренцева моря. Высокая грозовая активность наблюдается в северной части Финляндии в районе Рованиеми и Соданкюля.
Рис.1. Территориальное распределение грозовых разрядов в 2013 г.
На основе анализа данных регистрации 2013 г. по разработанному алгоритму [10] была построена карта территориального распределения грозовых часов (рис.2.) Как видно, число часов по результатам регистраций в 2013 г. существенно отличается от данных ПУЭ и РД.
36
Рис.2. Территориальное распределение грозовых часов в 2013 г. Результаты регистрации 2014 г.
Грозовой сезон 2014 г. определился началом гроз 13 мая и завершением 4 сентября, длительность составила 113 дней. Статистические данные грозового сезона 2014 г. приведены в табл.2.
В 2014 г. относительное число наземных разрядов составило 32.9 %. При этом наземных разрядов с положительной полярностью зарегистрировано около 28 %.
По результатам регистраций 2014 г. построена карта пространственного распределения грозовых разрядов (рис.3). Полученные при регистрации данные показали значительную неравномерность распределения грозовых разрядов (от 0 до 221 ударов в ячейку). При сравнении с результатами 2013 г. прослеживаются ярко выраженные очаги повышенной концентрации грозовых разрядов в районе горного массива Хибины, а также в северной, северовосточной части Кольского полуострова. Отмечается высокая концентрация распределения разрядов в акватории Баренцева моря, на северо-востоке Мурманской области, что можно объяснить столкновением холодного Арктического фронта с теплым течением Гольфстрим. Наибольшая интенсивность молний наблюдалась в районе горного массива Хибины (порядка 1000 разрядов), а также в северной, северо-восточной части Кольского полуострова (порядка 5000 разрядов). Количество разрядов в 2014 г. на этих участках почти в 5 раз превышают аналогичные показатели 2013 г. Карта территориального распределения грозовых часов по Мурманской области за 2014 г. приведена на рис.4.
37
Статистика грозовых разрядов по месяцам 2014 г
Таблица 2
Период Разряды молнии на землю Междуоблачные разряды
CG+ CG- IC+ IC-
Сезон Всего разрядов молнии - 98233 (100 %)
32282 (32.9 %) / (100 %) 65951 (67.1 %) / (100 %)
8993 23289 31370 34581
27.8 % 72.2 % 47.6 % 52.4 %
Май с 13 по 31 Всего разрядов молнии - 3324 (100 %)
249 551 1249 1275
7.5 % 16.6 % 37.6 % 38.3 %
Июнь Всего разрядов молнии - 27904 (100 %)
2437 6520 7523 11424
8.7 % 23.4 % 27.0 % 40.9 %
Июль Всего разрядов молнии - 43090 (100 %)
3785 11605 14312 13388
8.8 % 26.9 % 33.2 % 31.1 %
Август Всего разрядов молнии - 23676 (100 %)
2482 4607 8243 8344
10.5 % 19.4 % 34.8 % 35.3 %
Сентябрь с 1 по 4 Всего разрядов молнии - 239 (100 %)
40 6 43 150
16.7 % 2.5 % 18.0 % 62.8 %
Рис.3. Территориальное распределение грозовых часов в 2014 г.
38
Рис.4. Территориальное распределение грозовых разрядов в 2013 г. Выводы
Регистрация грозовой деятельности в 2013-2014 гг. показала ярко выраженные очаги повышенной плотности разрядов молний на территории Кольского полуострова, прилегающих территорий и акватории. Выявлено значительное увеличение (в 2.7 раза) числа разрядов молний в 2014 г. по отношению к 2013 г.
Из-за ощутимой неоднородности распределения грозовых часов и плотности грозовых разрядов на землю по территории региона при проектировании молниезащитных мероприятий справедливо использовать полученные карты распределения плотности разрядов молнии на землю вместо устоявшегося применения общего числа грозовых часов по региону, описанных в ПУЭ и РД.
Литература
1. Бурцев А. В., Невретдинов Ю. М., Сытина А. Н. Опыт регистрации грозовой активности на территории Кольского полуострова // Вестник Кольского научного центра РАН. 2014. № 2 (17). С. 126-133.
2. Burtsev A. V., Nevretdinov Y. M. Lightning discharges distribution on the Kola Peninsula in 2013 // Proceedings of the 3rd International Conference on GIS AND REMOTE SENSING (November 17-19, 2014). Tsaghkadzor: Environmental Research and GIS Center, 2014. P. 93-98.
39
3. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Изд. 7-е. РФ. СПб.: ДЕАН, 2007.
4. Руководство по защите электрических сетей 6-1150 кВ от грозовых и внутренних перенапряжений: РД 153-34.3-35.129-99. СПб.: ПЭИПК, 1999.
5. Горбатенко В. П., Ершова Т. В., Константинова Д. А. Пространственное распределение плотности разрядов молнии в землю над Западной Сибирью // Вестник ТГУ. 2009. № 329. С. 215-221.
6. Мониторинг опасных метеорологических явлений в Верхневолжском регионе / Ю. В. Шлюгаев, В. В. Клименко, Е. А. Мареев, А. А. Панютин,
В. В. Соколов, М. В. Шаталина // VII Всероссийская конференция по атмосферному электричеству 24-28 сентября: сб. тр. СПб.. 2012. С. 133-135.
7. Davis C. J., Lo Kin-Hing. An enhancement of the ionospheric sporadic-E layer in response to negative polarity cloud-to-ground lightning // Geophysical Research Letters. 2008. Vol. 35, L 05815, doi:10.1029/2007GL031909.
8. Бурцев А. В. Использование математического и логического аппарата для преобразования данных программы Astrogenic Nexstorm Lite для регистрации атмосферных электрических разрядов. Математические исследования в естественных науках // Труды IX Всероссийской научной школы (Апатиты, Геологический институт Кольского НЦ РАН, Кольское отделение РМО, 10-11 октября 2013 г.). Апатиты: K & M,. 2013. С.1 13-118.
9. Бурцев А. В. Разработка программного обеспечения и получение данных по
грозовой активности для сопоставления с аварийными отключениями оборудования энергосистемы Мурманской области // XXI Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по
фундаментальным наукам «Ломоносов-2014». Секция «Физика»: сб. тезисов. М.: Физический факультет МГУ, 2014. C. 78-79.
10. Бурцев А. В., Невретдинов Ю. М. Результаты регистрации грозовых разрядов на территории Кольского полуострова в 2014 году // Труды Кольского научного центра. Энергетика. Вып. 10. Апатиты, 2015. С. 65-71.
11. Rakov V. A. Lightning parameters of engineering interest: Application of lightning detection technologies // EGAT (Bangkok, Thailand November 7, 2012).
Сведения об авторах Бурцев Антон Владимирович,
младший научный сотрудник лаборатории высоковольтной энергетики и технологии Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН, г. Апатиты, tonyburt@rambler. ru
Невретдинов Юрий Масумович,
к.тех.н., ведущий научный сотрудник лаборатории высоковольтной энергетики и технологии Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН, г. Апатиты, [email protected]
40
