Математическое моделирование волн тока и напряжения в линиях передач в условиях многолетней мерзлоты ФТИ СВФУ д.ф.-м.н. Григорьев Ю.М. ММРСТ Якутск 21-24. - презентация

1 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

2 Трубопровода Кабель связи ЛЭП Магистральные линии

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

4 ГИТ –геомагнитно- индуцированные токи

5 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

6 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»

7 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)

8 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 $

9 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.

10 Геомагнитно-индуцированные токи в ЛЭП и трубопроводах

11 Измерения токов, наведенных в трубопроводе ударами молний

12 Измерительная схема

13 Обработка данных Сила тока в трубопроводе по натурным данным Математическая модель

14 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

15 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.

16 Удар молнии вблизи линии передач

17 Аналитическое решение

18 Кабель Волны силы тока Волны напряжения

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

20 Разряд молнии между облаками

21 Трубопровод Волны силы тока Волны напряжения

22 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.

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

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

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

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

27 Трубопровод

28 Импульс тока, наиболее близкий к реальному

29 Трубопровод

30

31 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

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

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

34 Адаптация математической модели

35

36

37

38 Индуцированное перенапряжение в однопроводной ЛЭП, при электромагнитном излучении канала молнии

39 Импульс тока молнии

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

41 Индуцированное напряжение в однопроводной ЛЭП x=500 м

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