CC BY
96
Степанов Владимир Михайлович, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, директор УТЦ "Энергоэффективность ", energy@tsu. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Тулупов Артем Павлович, студент, tema-tulup a maiLru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
FEATURES OF THE ACCOUNT OF ELECTRIC ENERGY IN ELECTRIC NETWORKS
V.M. Stepanov, A.P. Tulupov
Considered a promising technical solution - installation of AMR systems for accounting of electricity consumption and preventing further theft.
Key words: energy, engineering, energy accounting.
Stepanov Vladimir Mikhailovich, doctor of technical science, professor, head the department, director of the training center «Energy efficiency», energya tsu. tula. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Tulupov Artem Pavlovich, student, tema-tiiliip a mail. ru, Russia, Tula, Tula state University
УДК 699.887.2
НАДЕЖНОСТЬ РАБОТЫ УСТАНОВОК С АКТИВНЫМ
МОЛНИЕОТВОДОМ
С.В. Ершов, Д. А. Костяновский
Рассмотрены преимущества использования активных молниеотводов в отличие от обычных стержневых молниеотводов, конструктивные особенности и способы установки оборудования молниеотвода. Описаны плюсы и минусы использования активных молниеотводов и сферы их применения.
Ключевые слова: молниеотвод, главный разряд, молния, ступенчатый лидер, молниезащита, ионизация.
Линейная молния - это очень длинная искра, возникающая вследствие значительного напряжения между грозовой тучей и землёй, несущая электрический заряд. Разряд между облаком и землей обычно начинается с прорастания от облака к земле слабо светящегося канала, движущегося толчкообразно со средними скоростями от 100 до1000 км/с. Этот предварительный разряд назван ступенчатым лидером. Когда лидер достигает земли, начинается фаза главного разряда, воспринимаемая невооруженным глазом как собственно разряд молнии.
В результате прямого попадания молнии в здание возникает реальная угроза поражения электрическим током людей и животных, воспламенения, расплавления различных материалов, расщепления древесины и образования трещин в кирпиче и бетоне, заноса в здание высокого потенциала по инженерным коммуникациям (проводам линий электропередач, трубопроводам) с опасностью повреждения бытовой электроники. Но, даже в случае непрямого попадания, волна перенапряжения распространяется по коммуникациям на многие километры и способна мгновенно вывести из строя дорогостоящее оборудование вашего дома. По данным МЧС, в 30 ... 40% случаев возгорание происходит по причине грозовых разрядов.
Для защиты зданий от этих нежелательных последствий удара молнии используется система различных типов молниезащиты. На сегодняшний день существуют: стержневой, тросовый тип молниезащиты, молние-приемная сетка и молниезащита с использованием активных молниепри-емников. В 2007 году на белорусском рынке появились молниеприемники с упреждающей стриммерной эмиссией PREVECTRON 2 производства французской компании INDELEC. Эти устройства представляют собой улучшенную версию одиночного молниеприемника, воплотившую в себе самые последние разработки в области молниезащиты.
До недавнего времени не было проведено сколько-нибудь серьезных сравнительных испытаний, демонстрирующих преимущества и недостатки одного типа молниеотвода перед другим. Такие испытания провели в Институте электроэнергетики (Франция), где объектом стал активный молниеприемник. В качестве оппонента «выступил» обычный стержневой молниеприемник.
В ходе испытаний оба молниеприемника (МП) располагались на заземленной плоскости испытательного поля. Высоковольтный электрод, на который подавалось отрицательное напряжение, представлял собой плоскость с закругленными краями; длина промежутка составляла 2 м. Оба молниеприемника (МП) устанавливались симметрично относительно вертикальной оси промежутка на расстоянии, достаточном для исключения их взаимного влияния. При одном и том же значении напряжения производились серии по 20 разрядов и определялось соотношение числа разрядов с стержневого МП и активного МП.
Результаты были таковы:
- при одинаковой высоте в 1м, при всех 20 воздействиях срабатывал активный МП;
- при высоте активного МП 1 м, а обычного молниеприемника 1,02м, при 20 воздействиях 19 раз срабатывал активный МП и 1 раз обычный МП;
- при высоте активного молниеприемника 1 м, а обычного молние-приемника 1,06м, при 20 воздействиях 16 раз срабатывал активный МП и 4 раза обычный МП.
Вывод очевиден: стабильное преимущество активного МП. Компания INDELEC активно исследовала эффект опережающей стриммерной эмиссии и дорабатывала свои изделия с начала 90-х годов прошлого века на специально оборудованных полигонах во Флориде (США), Канаде, Бразилии, Японии.
Среди явных преимуществ этой системы защиты можно отметить, прежде всего, значительно расширенную зону молниезащиты, которая по сравнению с обыкновенными стержневыми устройствами схожего назначения, охватывает площадь большую в 4-5 раз. Это было первое весомое преимущество. Вторым же можно назвать то, что на монтаж активной молниезащиты тратиться очень мало материалов. А вот если на современный дом с перепадами высот и более изощренной формы, пытаться установить пассивную защиту, то это будет не только долго, но еще и очень затратно.
Также, следует провести отличие в стоимости материалов, а также в стоимости работ по монтажу. Сделать это можно только на конкретном объекте, так как у активной системы молниезащиты совершенно другой принцип действия, нежели у пассивной. Так, из-за большей потребности в материалах время монтажа пассивной системы защиты в несколько раз превышает время, затраченное на установку активной системы.
Активная молниезащита выгодна еще и тем, что внешний облик современного здания позволяет без особых затрат установить именно ее шпиль вместе того, чтобы натягивать сетки и ставить отводы тока по всей территории фасадов.
Пример того, как выглядит молниеприемник активного молниеотвода представлен на рис. 1, а на рис. 2 представлен пример того, как можно располагать подобного рода грозозащиту на зданиях.
С активной системой намного проще, поскольку все решается установкой над объектом одного активного молниеприемника. Отпадает необходимость постоянно контролировать множество соединений, которые в течение зимы под воздействием снега и льда могут повредиться и нуждаются в восстановлении. В зависимости от типа головки активного молниеотвода и высоты, на которой она установлена, радиус территории, защищаемой таким молниеотводом, может составлять 100 метров, а потому за-щищёнными будут не только дом, но и стоящий рядом с ним автомобиль, а также постройки и прилегающая территория. Это означает, что там, где по классическим схемам защиты необходимо выстраивать сложную систему штыревых молниеприемников, достаточно поставить один активный молниеотвод и степень защиты будет как минимум на том же уровне, что и по классической схеме. Существует миф , что «активные молниеприемники притягивают молнии». На самом деле и пассивный, и активный молниеотводы защищают строения, притягивая молнии к себе, только у активного молниеотвода радиус защиты больше.
Единственным недостатком активной молниезащиты можно назвать ее сравнительно высокую стоимость, а также то, что эта система все еще нова для нашего населения, в то время, как пассивная уже давно проверена временем. Помимо этого, недостатков у системы такого типа защиты нет практически никаких. Это прогрессивная современная молниезащи-та, которую рекомендуют к установке во многих Европейских странах. Ее достоинства хоть и спорны, но актуальны и определяют сегодня выбор многих людей.
S 3.40 S 4.50 S6.60
Рис. 1. Молниеприемники активного молниеотвода
Главное отличие активной молниезащиты (АМЗ) от традиционных молниезащитых устройств заключается в наличии активного молниепри-емника, который реагирует на рост напряженности электромагнитного поля, возникающий при приближении грозового фронта. Конденсаторы, входящие в состав АМЗ, заряжаются от напряжения, наведенного этим полем на антеннах устройства. При достижении на конденсаторах 12...14 кВ, происходит пробой разрядников и формирование короткого высоковольтного импульса (более 200 кВ), полярность которого обратна полярности фронта. Этот импульс, опережая формирование «естественного» лидера, инициирует «искусственный» восходящий лидер, который развивается с гораздо большей скоростью и на большее расстояние, многократно увеличивая зону защиты молниеприемника.
Согласно требованиям французского стандарта NFC 17-102 [1], каждый молниеотвод с упреждающей стриммерной эмиссией сначала должен пройти серию лабораторных испытаний высоким напряжением для определения упреждения по времени срабатывания по сравнению с обыч-
ными стержневыми молниеотводами. Полученная величина - обозначаемая - будет равняться среднему времени срабатывания за 100 электрических разрядов в лаборатории минус коэффициент надежности, равный 35%.
Рис. 2. Защита здания с помощью активного молниеотвода
принцип действия
Расчет зоны защиты одиночного активного молниеотвода производим методом катящихся сфер (рис.3) по NFC 17-102 «Метод электрогеометрической модели».
Рис. 3 Расчет зоны защиты активного молниеотвода
Защитный радиус активного молниеотвода Rpa определяется по формуле [2]:
Rpa. = 7[h ■ (2D - h) + dL ■ (2D + dL)], при h<dL+2D,m (1)
где h - высота верхушки активного молниеотвода над поверхностью, которая должна быть защищена, м; D - дистанция удара, определяется по пиковым значениям токов, равным:
I уровень защиты: D=20m, 1макс=2,& кА;
II уровень защиты: D=45m, 1макс=9,5 кА;
III уровень защиты: D=60m, 1макс=14,7 кА;
dL - инициация верхнего лидера, м.
Инициация верхнего лидера определяется по формуле 2:
dL = 0 ■ dT, (2)
где ~д - скорость инициации верхнего лидера, м/мкс; dT - время инициации верхнего лидера, мкс.
Объем защищаемого пространства активного молниеотвода вычисляется по формуле полусферы (3):
VM.A. = \ ■ \ ■71 ■ (3)
Произведя расчет активного молниеотвода по данным формулам и сравнив полученный результат с данными расчета обычного стержневого молниеотвода, можно убедиться в том, что при равных условиях, защитная зона и объем защищаемого пространства больше при использовании активной защиты, что позволяет обеспечить большую безопасность и работоспособность объектов [3].
Список литературы
1. Protection of structures and open areas against lightning using early streamer air terminals, September 2011/ Officially approve French standard. French.: UTE, 2011,73 p.
2. Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций, июнь 2003/Министерство энергетики Российской Федерации. М.: ЦПТИ ОРГРЭС, 2003, 60 с.
3. Правила устройства электроустановок. СПб.: Издательство ДЕАН, 2005. 464 с.
Ершов Сергей Викторович, канд. техн. наук, доц., energy(a),tsu.tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Костяновский Дмитрий Александрович, студент, demon109944(a),gmail. com, Россия, Тула, Тульский государственный университет
THE RELIABILITY OF INSTALLA TIONS WITH A CTIVE LIGHTNING ROD
S. V. Ershov, D.A. Kostyanovsky 172
The advantages of the use of active lightning unlike conventional lightning rods, design features and methods of installation of lightning rod. We describe the pros and cons of the use of active lightning conductors and their scope.
Key words: lightning rod, the main discharge, lightning stepped leader, lightning protection, ionization.
Ershov Sergey Victorovich, candidate of technical science, docent, er-schov. serrgamail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Kostyanovsky Dmitry Aleksandrovich, student, demon1099444@,gmail. com, Russia, Tula, Tula State University
УДК 62-1/-9
АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ КАК СПЕЦИФИЧЕСКАЯ
ЭЛЕКТРОУСТАНОВКА
М.Г. Волков
В работе рассмотрены основные требования надежности, предъявляемые к автоматическим системам управления технологическим процессом.
Ключевые слова: надежность, автоматическая система управления технологическим процессом.
Разные автоматические системы управления технологическим процессом (далее АСУТП), требуют обеспечения электроснабжения с различной категорией надежности.
В общем случае, АСУТП не может иметь категорию надежности электроснабжения хуже, чем категория надежности электроснабжения самого технологического объекта управления.
Рассматривая АСУТП как специфичный электроприемник, который включает в себя свой собственный внутренний технологический процесс контроля, регулирования, защиты, сигнализации, хранения информации о состоянии объекта управления и пр., следует на первоначальной или пред-проектной стадии создания АСУТП определить категорию электроснабжения.
Опираясь на правила устройства электроустановок (ПУЭ, 7-е издание), в отношении обеспечения надежности электроснабжения, электроприемники можно разделить на три следующие известные категории:
