ПРИРОДА И СПОСОБ ПРИМЕНЕНИЯ ИНФРАЗВУКА В ОПРЕДЕЛЕНИИ МЕСТ ПОВРЕЖДЕНИЯ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 621.315.17 Матвиенко Ю.К., Тарасов Д.В.

Матвиенко Ю.К.

магистр, 2 курс кафедра электротехники, электроники и электромеханики

Дальневосточный государственный университет путей сообщения

(г. Хабаровск, Россия)

Тарасов Д.В.

студент, 2 курс

Дальневосточный государственный университет путей сообщения

(г. Хабаровск, Россия)

ПРИРОДА И СПОСОБ ПРИМЕНЕНИЯ ИНФРАЗВУКА В ОПРЕДЕЛЕНИИ МЕСТ ПОВРЕЖДЕНИЯ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Аннотация: в работе рассматривается способ повышения точности систем определения мест повреждения линий электропередачи в случаях грозовых перенапряжений. Предлагается применить комплекс с инфразвуковым микрофоном, для регистрации акустических сигналов. Описывается способ получения данных, расчёты и опыты экспериментирования, возможное влияние на повышение точности показаний о природе аварийных отключений.

Ключевые слова: инфразвук, грозовой разряд, пеленгация, инфразвуковая волна.

Грозовые перенапряжения составляют, по разным статистикам разных регионов России, 60% - 70% от всех причин аварийных отключений линий электропередачи (ЛЭП) [1]. Несмотря на то, что системы определения мест повреждения (ОМП), в частности - волновые, значительно упрощают поиск точного места аварии без необходимости прибегать к наземным и воздушным способам проверки потенциальных областей, которые могут тянуться на многие километры, причина некоторых аварийных ситуаций может остаться

1707

неизвестной для системы, ровно, как и потенциальное место повреждения -составлять целый пролёт ЛЭП, или даже несколько. А так как грозовые разряды являются самой частой причиной отключений и срабатываний волновых ОМП, следует повысить точность их регистрации и определении точного места повреждения.

В случае аварийного отключения ЛЭП, когда нет точной информации о причине и точном месте повреждения, верховой и низовой осмотры могут занять огромное время, чтобы провести достаточно детальный осмотр всего рассматриваемого участка и обнаружить неисправность, к тому же, для таких целей часто применяют немалое число рабочего персонала и техники для доставки людей и оборудования, которое поможет обнаружить поврежденную область на месте. Для уменьшения числа подобных ситуаций стоит рассмотреть другие способы обнаружения грозовой активности и молниевых разрядов. Одним из них является инфразвук.

Грозовые разряды выступают в роли источника для разного рода активности - электрической, сейсмической и акустической [2, 3]. Один из механизмов, по которому происходит генерация волны инфразвука разрядом молнии, был в 1973 предложен профессором Космической Физики и Астрономии Александром Джеем Десслером, в его основе - изменение атмосферного давления в заряженной области облака, связанное с зарядом облака, который нейтрализуется разрядом молнии в частотах 0.2 - 20 Гц [4]. Таким образом, было найдено ключевое свойство, отличающее подобные инфразвуковые сигналы - в их начальной фазе происходит понижение атмосферного давления, а сама фаза характеризуется фазой сжатия.

Эксперимент, включающий использование данной информации для грозопеленгации, проводился в Томском государственном университете, и для его проведения использовался комплекс приборов, состоящий из микробарометров и инфразвукового микрофона. Проанализировав данные, были найдены 2 вида сигналов - одиночные импульсы и серии импульсов. Существование 2 регистрируемых явлений происходит из-за зависимости таких

1708

параметров инфразвукового сигнала, как форма и длительность, от грозового канала и обратного хода в нем [4].

О 0.32 0.64 0.96 1,28 1.60 1.92 2.24

Бремя, с а

0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1

Время, с б

Рис. 1. Два типа инфразуковых сигналов от молниевых разрядов

На рис. 2 представлен спектр относительной интенсивности акустических сигналов от молниевых разрядов, который определяется формулой:

где Бмр(/) - усредненный амплитудный спектр сигнала от молниевых разрядов, Бфф - усредненный амплитудный фоновый спектр за день. Относительно фона, шумовой уровень возрастает на 18 дБ во время грозы. Спектральный пик инфразвукового сигнала от гроз находится на частоте порядка 1 Гц, на фоне общего повышения уровня шумов во время прохождения грозового фронта.

1709

10 -

\Л /ч

А Л

\[

ил /V *

1 »—1—•—т—1—I—'—1—«—I—"—I—'—1—•—I—1—I—•—г—•—I—'—I

2 4 6 8 10 12 14 16 16 20 22 24 2£

"Частота. Гц

Рис. 2. Спектр относительной интенсивности акустического сигнала от молниевых разрядов, Р(Б) - уровень акустических сигналов от молниевых разрядов

Для расчета азимута прихода акустической волны в и скорости следа волны Ур пользуемся формулами (1) и (2) соответственно [5]:

в = агсга (Х2 Х1)Т23 (Х2 Хз)Т12,

(У2-У1)^23-(У2-У1)^12

Ур = ^^ [(У1 - У2)С05в - (Х1 - Х2)51П0]

где л, у, - координаты микробарометров, т23, Т12 - временная задержка между датчиками.

Ниже представлен анализ грозовой активности, датируемый 12.07.2011 г. - за длительность прохождения грозового фронта в 68 минут, было зарегистрировано 18 разрядов. На рис. 3 показаны направления прихода инфразвуковых сигналов, где цифрами обозначен номер молниевого удара.

1710

Расстояние до места инфразвукового события (молниевого разряда) определим по временной задержке (т) прихода акустической волны относительно прихода электромагнитной волны в приближении, что электромагнитная волна доходит до пункта приема мгновенно (с = 3*108 м/с, сзв = 3*102 м/с), по формуле:

й = Урт

Данное исследование позволяет понять, что использовать инфразвуковые волны от удара молнии для уточнения места её попадании в ЛЭП возможно, а учитывая синхронность датчиков, они смогут сверять друг друга, чтобы уточнять показания и исключить ложные срабатывания.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Львов А.П., Лачугин В.Ф., Пинчуков П.С., Киселев А.Ю. Применение устройств определения места повреждения на воздушных линиях электропередачи 220 кВ Западного и Центрального районов Республики Саха (Якутия) // Энергия единой сети. 2023. № 5-6 (71). С. 24-28;

1711

2. Соловьев С.П., Рыбнов Ю.С. Возмущение электрического поля и генерация акустогравитационных волн, обусловленная приближением атмосферного фронта // Геофизика межгеосферных взаимодействий. - М.: Геос, 2008. - С. 95-97;

3. Санина И.А., Рыбнов Ю.С., Солдатенко А.М. и др., Сейсмоакустические эффекты при грозовой активности // Геофизика межгеосферных взаимодействий. - М.: Геос, 2008. - С. 6779;

4. Betz H.D. et al. (eds.). Lightning: Principles, Instruments and Applications. - Germany: Springer Science+Business Media, 2009. - P. 417-432;

5. Liszka L. Long-distance propagation of infrasound from artificial sources // J. Acoust. Soc. Am. - 1974. - V. 56. - № 5. - P. 1367-1388

Matvienko Y.K., Tarasov D.V.

Matvienko Y.K.

Far Eastern State Transport University (Khabarovsk, Russia)

Tarasov D.V.

Far Eastern State Transport University (Khabarovsk, Russia)

NATURE AND METHOD OF USING INFRASOUND TO DETECT POINT OF FAULT FOR ELECTRIC POWERLINE

Abstract: the paper considers a way to improve the accuracy of systems for determining the locations of damage to power lines in cases of lightning overvoltages. It is proposed to use a complex with an infrasound microphone to register acoustic signals. The method of obtaining data, calculations and experimentation experiments, and the possible impact on improving the accuracy of indications about the nature of emergency shutdowns are described.

Keywords: infrasound, lightning discharge, angular position measurement, infrasound

wave.

1712