Алгоритм расчёта параметров молниезащиты объектов энергетики

Важной научно-технической проблемой всегда будет оставаться разработка методов и алгоритмов расчета защиты различных элементов и объектов электроэнергетических систем от прямых ударов молнии или последствий попадания молнии в рядом расположенные сооружения. При этом актуальным является не только совершенствование нормативной и методической базы, но и разработка перспективных инновационных решений. Данные подходы применимы и для молниезащиты объектов энергетики, являющейся важной составляющей электромагнитной обстановки электрических подстанций.

Целью исследования является разработка алгоритма расчета молниезащиты объектов энергетики на основе синтеза существующих методов расчета с учетом действующей электромагнитной обстановки. Приведен обзор нормативных документов, а также аналогичных исследований в данной отрасли электроэнергетики. Анализ рассмотренных источников показывает, что при проектировании устройств молниезащиты различных объектов существуют разделы и области, требующие уточнения методик расчета параметров молниезащиты, представленных в действующих нормативных документах. На основании существующих методик проектирования молниезащиты предложен алгоритм расчета параметров элементов молниезащиты подстанции.

Представленный алгоритм может быть использован для разработки соответствующих программ, позволяющих рассчитывать и строить 3D-модель молниезащиты объектов электроэнергетики.

1. Gomes C., Guthrie M. Development of cost-effective lightning protection measures for underprivileged communities. 12th Asia-Pacific International Conference on Lightning (APL). 2023. https://doi.org/10.1109/APL57308.2023.10181896.

2. Аджиев А. Х., Кулиев Д. Д., Стасенко В. Н. Оценка параметров работоспособности грозопеленгационных систем LS8000 и ENTLS в регионе Северного Кавказа // Метеорология и гидрология. 2022. № 4. С. 117–126. https://doi.org/10.52002/0130-2906-2022-4-117-126. EDN: RASRGX.

3. Аджиев А. Х., Керефова З. М., Гятов Р. А. Пространственно-временная изменчивость грозовой активности на территории Северного Кавказа // Гидрометеорологические исследования и прогнозы. 2023. № 3 (389). С. 152–164. https://doi.org/10.37162/2618-9631-2023-3-152-164. EDN: GWQEUO.

4. Аджиев А. Х., Шагин С. И., Керефова З. М., Дахова О. О. Плотность распределения грозовых разрядов по С-веро-Кавказскому федеральному округу // Геология, география и глобальная энергия. 2023. № 3 (90). С. 55–60. https://doi.org/10.54398/20776322_2023_3_55. EDN: WUCOLD.

5. Аджиев А. Х., Куповых Г. В., Юрченко Н. В., Керефова З. М. Аномальный грозовой процесс на территории Ростовской области // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Естественные науки. 2024. № 2 (222). С. 50–56. https://doi.org/10.18522/1026-2237-2024-2-50-56. EDN: XZGKFR.

6. Каранин А. В., Кочеева Н. А., Беликова М. Ю., Какорин В. А. Энергия и суточный ход молниевой активности в локациях пожаров от гроз на территории Республики Алтай // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Естественные науки. 2023. № 4 (220). С.91–102. https://doi.org/10.18522/1026-2237-2023-4-91-102. EDN: DYQBYC.

7. Mata C. T., Hill J. D. Performance Evaluation of Non-Conventional Lightning Protection Systems Based on NLDN Data. 2022 36th International Conference on Lightning Protection (ICLP). 2022. https://doi.org/10.1109/ICLP56858.2022.9942523.

8. Dawalibi F., Li Y. Analysis of a Direct Lightning Impact on a Substation and its Protection Equipment. 2023 International Symposium on Lightning Protection (XVII SIPDA). 2023. https://doi.org/10.1109/SIPDA59763.2023.10349132.

9. Glebov O. Y., Koliushko D. G., Kiprych S. V., Rudenko S. S. The Problem of Determining the Level of Lightning Protection for Electrical Substations by the Risk Assessment Method. 2022 IEEE 3rd KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek). 2022. https://doi.org/10.1109/KhPIWeek57572.2022.9916320.

10. Liu B., Ding L., He D., Hu C. Study on Lightning Protection Measures for 220 kV Substation. 2021 International Conference on Electronic Information Technology and Smart Agriculture (ICEITSA). 2021. https://doi.org/10.1109/ICEITSA54226.2021.00029.

11. Denov B., Hidayat S., Zoro R. [et al.]. A Simulation Study on Lightning Current Distribution in Telecommunication Tower. 2021 3rd International Conference on High Voltage Engineering and Power Systems (ICHVEPS). 2021. https://doi.org/10.1109/ICHVEPS53178.2021.9601143. EDN: OETSXD.

12. Ibrahem W., Zaki R. Enhancement of the Lightning Protection System of Floating Roof Oil Tanks by Improving its Grounding System. 2022 36th International Conference on Lightning Protection (ICLP). 2022. https://doi.org/10.1109/ICLP56858.2022.9942559.

13. Adekitan A., Rock M. The Undesirable Interaction of Lightning Strike and Floating Roof Tanks. 2021 35th International Conference on Lightning Protection (ICLP) and XVI International Symposium on Lightning Protection (SIPDA). 2021. https://doi.org/10.1109/ICLPandSIPDA54065.2021.9627432. EDN: TOTREG.

14. Denov B., Zoro R., Suwarno, Hidayat S. Evaluation of NFPA 780 Standard for Lightning Protection of Oil and Gas Installation in Indonesia. 2023 International Symposium on Lightning Protection (XVII SIPDA). 2023. https://doi.org/10.1109/SIPDA59763.2023.10349135.

15. Shu Q., Tong C., Gong L. Real-Time Lightning Stroke Area Trend Prediction Based on Lightning Energy Estimation. 2023 International Symposium on Lightning Protection (XVII SIPDA). 2023. https://doi.org/10.1109/SIPDA59763.2023.10349101.

16. Khelil D., Bouazabia S., Mikropoulos P. N. [et al.]. Prediction of the lightning discharge impact point by neural networks. IET Conference Proceedings. 2023;46:748–751. https://doi.org/10.1049/icp.2024.0614. EDN: BYZJPZ.

17. Xiang M., Xu Y., Tong C. [et al.]. A Method of Dynamic Control of the Power Grid based on Real-time Lightning Tracking. 2021 35th International Conference on Lightning Protection (ICLP) and XVI International Symposium on Lightning Protection (SIPDA). 2021. https://doi.org/10.1109/ICLPandSIPDA54065.2021.9627370.

18. Nie Y. Optimization Design of Distribution Line Lightning Protection Based on BP Neural Network Algorithm. 2022 Euro-Asia Conference on Frontiers of Computer Science and Information Technology (FCSIT). 2022. https://doi.org/10.1109/FCSIT57414.2022.00023.

19. Zhang K. Research on Several Calculation Methods for Lightning Protection and Grounding of Overhead Transmission Lines. 2023 3rd International Conference on Smart Generation Computing, Communication and Networking (SMART GENCON). 2023. https://doi.org/10.1109/SMARTGENCON60755.2023.10442211.

20. Ain N., Mahmood F., Rizk M. A Neural Network Based Prediction System for Lightning Induced Over-Voltages on Overhead Lines Considering the Soil Electrical Parameters. 2022 36th International Conference on Lightning Protection (ICLP). 2022. https://doi.org/10.1109/ICLP56858.2022.9942611.

21. Pandey A. P., Das A., Reddy C. C. Transient Over Voltages in Cross-Bonded Power Cables due to Lightning Impulse. 2022 IEEE 10th Power India International Conference (PIICON). 2022. https://doi.org/10.1109/PIICON56320.2022.10045121.

22. Ghimire B., Sharma S., Karki P. [et al.]. Impact of a lightning strike on a low voltage transmission line: A case study from Fujel Gorkha, Nepal. 2023 12th Asia-Pacific International Conference on Lightning (APL). 2023. https://doi.org/10.1109/APL57308.2023.10181409.

23. Gomes A., Gomes C. Challenges in Conducting Risk Assessment and Designing Protection Measures as per IEC 62305 for a Twin Tower of Different Heights. 2022 36th International Conference on Lightning Protection (ICLP). 2022. https://doi.org/10.1109/ICLP56858.2022.9942666.

24. Sattar M. Q., Gomes C. Backfill Materials for Enhancing the Performance of Electrical Grounding Systems: An Analytical Revisit. 2022 36th International Conference on Lightning Protection (ICLP). 2022. https://doi.org/10.1109/ICLP56858.2022.9942517.

25. Sabry R. Z., Gomes A., Gomes C. Frequency Dependent Resistivity of Soil, Bentonite and Soil-Bentonite Mixes: With Special Attention to Electrical Grounding Systems. 2021 35th International Conference on Lightning Protection (ICLP) and XVI International Symposium on Lightning Protection (SIPDA). 2021. https://doi.org/10.1109/ICLPandSIPDA54065.2021.9627440.

26. Hamzah M. N., Gomes C., Afiq M., Ab Kadir M. Z. A. Performance of Active Electrical Earthing Systems: Results and Discussion. 2023 12th Asia-Pacific International Conference on Lightning (APL). 2023. https://doi.org/10.1109/APL57308.2023.10182183.

27. Шишигин С. Л., Шишигин Д. С., Смирнов И. Н. Расчет заземлителей с учетом ионизации и частотных свойств грунта // Известия РАН. Энергетика. 2022. № 6. С. 46–63. https://doi.org/10.31857/S0002331022060024. EDN: QRBLNH.

28. Шишигин С. Л., Шишигин Д. С., Смирнов И. Н. Вероятность обратного перекрытия изоляции опоры воздушной линии с учетом ионизации и частотных характеристик грунта // Электричество. 2023. № 2. С. 27–36. https://doi.org/10.24160/0013-5380-2023-2-27-36. EDN: APBLMV.

29. Onyedikachi S. N., Gomes C. Modeling Performance Variation of Earthing Enhancement Materials in Different Soils and Conditions. 2024 32nd Southern African Universities Power Engineering Conference (SAUPEC). 2024. https://doi.org/10.1109/SAUPEC60914.2024.10445044.

30. Акопян А. А. Исследование защитного действия молниеотводов на моделях // Электричество. 1937. № 9-10. С. 20–25.

31. Акопян А. А. Защитное действие одиночного стержневого молниеотвода // Электричество. 1937. № 24. С. 11–14.