Математическое моделирование волн тока и напряжения в линиях передач в условиях многолетней мерзлоты ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М. ММРСТ Якутск мая 2012

Трубопровода Кабель связи ЛЭП Магистральные линии

Волна тока и напряжения – электростатическая компонента ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М.

ГИТ –геомагнитно- индуцированные токи

Определение Европейского Космического Агенства: Космическая погода (Space weather) условия на Солнце и в солнечном ветре, магнитосфере, ионосфере и термосфере, которые могут влиять на надежность космических и наземных технологических систем и могут угрожать жизни и здоровью людей

Число всех АПВ и ПВ с 2005 по 2009 года по отчетам ОАО АК «Якутскэнерго» Число неуспешных АПВ и ПВ с 2005 по 2009 года по отчетам ОАО АК «Якутскэнерго»

Число аварий в энергосетях США в районах повышенного риска (близких к авроральной зоне) возрастает вслед за уровнем геомагнитной активности. В годы минимума активности вероятности аварий в опасных и безопасных районах практически уравниваются. (1. УРОВНЬ ГЕОМАГНИТНОЙ АКТИВНОСТИ. 2. ЧИСЛО АВАРИЙ В ГЕОМАГНИТНО- ОПАСНЫХ РАЙОНАХ. 3. ЧИСЛО АВАРИЙ В БЕЗОПАСНЫХ РАЙОНАХ)

Сильнейшие магнитные бури в марте 1989 года и августе 1972 года вывели из строя электростанции на севере Канады, в результате чего население городов осталось без электричества на несколько часов. Вследствие аварии на электростанциях гидрокаскада в провинции Квебек (Канада) после магнитной бури 13 марта 1989г людей на 9 часов остались без электроэнергии; Материальные потери вследствие этого составили около $ ; Ущерб оборудования – составил около $

Скандинавия В Скандинавских странах создана сеть научных обсерваторий. К научным исследованиям Финнского метеорологического института подключилась коммерческая The Gasum Oy company для совместных исследований влияния геомагнитно наведенных токов в финнских газо- и нефтепроводах.

Геомагнитно-индуцированные токи в ЛЭП и трубопроводах

Измерения токов, наведенных в трубопроводе ударами молний

Измерительная схема

Обработка данных Сила тока в трубопроводе по натурным данным Математическая модель

Вариации Z- составляющей магнитного поля – измерения ГИТ 1 - на газопроводе (1 м в стороне) (относительные единицы) и 2 - вдали от газопровода (600 м) (относительные единицы) в период магнитного возмущения По оси абсцисс приведено мировое время (UT) I=3,2 А. Геомагнитно – индуцированный ток

Цель Разработка и вычислительная реализация математических моделей токов и напряжений, индуцированных в линиях передач грозовыми разрядами и геомагнитными возмущениями в условиях многолетней мерзлоты. Задачи разработка математических моделей ВТН в линиях передач; численные оценки величин токов и напряжений в линиях передач; обработка данных натурных измерений; адаптация результатов численных расчетов к натурным экспериментальным данным.

Удар молнии вблизи линии передач

Аналитическое решение

Кабель Волны силы тока Волны напряжения

Волна силы тока Волна напряжения Кабель Сравнение максимальных значений амплитуды силы тока x x x

Разряд молнии между облаками

Трубопровод Волны силы тока Волны напряжения

Разряд молнии перпендикулярно линии передач y -Q Q y2y2 y1y1 x Линия передач Если x 1 =x 2, y 1 =y 2, z 1 =z 2, то ВТН в проводнике не образуется.

Учет зависимости тока молнии от времени (t) Q(t) – зависимость заряда облака от времени -Q(t)

Прямоугольный импульс тока молнии Q(t) Q t0t0 t 0

Волна силы тока в кабеле удар молнии о землю Сравнение максимальных значений

Волна силы тока в кабеле при разряде молнии между облаками Сравнение максимальных значений

Трубопровод

Импульс тока, наиболее близкий к реальному

Трубопровод

В целях сохранения живучести аппаратуры применено ограничение 5В на величину сигнала поступающие в АЦП. В момент ближней грозы 3-7 км от точки измерения, в 6 случаях это ограничение сработало, т.е. U> 5В

Методика обработки натурных данных Сила тока в рамке по закону Ома По закону электромагнитной индукции Фарадея Напряжение на АЦП

Обработка натурных данных Напряжение в трубопроводе по натурным данным Сила тока в трубопроводе по натурным данным

Адаптация математической модели

Индуцированное перенапряжение в однопроводной ЛЭП, при электромагнитном излучении канала молнии

Импульс тока молнии

r = 50 м – расстояние канала молнии от провода. Параметры задачи

Индуцированное напряжение в однопроводной ЛЭП x=500 м

Возникновение ВТН в ЛЭП H=1500 l=250м –толщина многолетней мерзлоты